Il fit ses débuts au cinéma en 1934. Son élégance naturelle, sa chevelure sombre et ses yeux bleus firent immédiatement de lui un bourreau des coeurs. Il fut surnommé l'homme au profil parfait. Un de ses premiers films importants fut
Le Roman de Marguerite Gautier (1936), où il donnait la réplique à
Greta Garbo. Vers la fin de sa vie, il tourna beaucoup à la télévision, notamment dans la série policière de 1959, The Detectives Starring Robert Taylor.
Il admettait lui-même qu'il était loin d'être le meilleur acteur de sa génération, mais il se montra toujours extrêmement professionnel, toujours à l'heure et prêt à s'investir pour que le film soit le meilleur possible. Beaucoup de ses collègues déclarèrent après sa mort qu'il avait été sous-estimé en tant qu'acteur, surtout dans les films de sa fin de carrière. Bien qu'il fût surtout connu pour ses grands films classiques, il restait toujours désireux d'interprêter des rôles plus risqués et plus difficiles. Il voulait être connu pour autre chose que sa "belle gueule".
Il eut pour première épouse l'actrice
Barbara Stanwyck, avec laquelle il partageait un ranch et une grande maison à Brentwood (Los Angeles). Ce ranch est encore connu sur place comme l'ancien ranch de Robert Taylor. Taylor et Stanwyck formaient un des couples les plus en vue d'Hollywood, et ils avaient pour amis un autre couple de stars, celui de
Clark Gable et
Carole Lombard. Ce mariage dura, avec des hauts et des bas, de 1939 à 1951.
Robert Taylor eut aussi des aventures avec
Ava Gardner et
Lana Turner.
Il pensa plusieurs fois se remarier avec Barbara Stanwyck après leur divorce, et eut aussi une relation sérieuse avec
Eleanor Parker, mais finit par épouser en secondes noces l'actrice d'origine allemande Ursula Thiess. Ils se marièrent en 1954 et eurent deux enfants. Il forma un couple bien assorti avec Ursula Thiess, une réfugiée de la seconde guerre mondiale qui faisait encore elle-même ses robes, même pour aller à des galas.
Il mourut d'un cancer du poumon, à l'âge de 57 ans (il était un très gros fumeur). Il fut enterré à Glendale, en Californie. Le tout-Hollywood assista à ses funérailles, où son meilleur ami
Ronald Reagan fit son éloge funèbre.