Pattinson ha iniziato la sua carriera di attore nei primi anni 2000 con ruoli in numerosi film e serie televisive, tra cui il film televisivo tedesco *L'Anello dei Nibelunghi* (2004) e l'adattamento della BBC del romanzo di J. R. R. Tolkien *Lo Hobbit* (2003). . Il suo ruolo decisivo è arrivato nel 2005, quando è stato scelto per il ruolo di Edward Cullen nell'adattamento cinematografico del romanzo di Stephenie Meyer *Twilight*. Il film è stato un successo di critica e commerciale, generando quattro sequel e rendendo Pattinson un nome familiare.
Dalla fine della serie *Twilight*, Pattinson ha recitato in numerosi film indipendenti, tra cui *Remember Me* (2010), *Water for Elephants* (2011), *Cosmopolis* (2012), *Maps to the Stars* ( 2014) e *Good Time* (2017). È apparso anche in diversi film ad alto budget, come *Harry Potter e il calice di fuoco* (2005), *New Moon* (2009), *Eclipse* (2010), *Breaking Dawn - Parte 1* (2011). ) e *Breaking Dawn - Parte 2* (2012).
Oltre alla carriera di attore, Pattinson è anche musicista e produttore. Ha pubblicato due album, *Twilight:Original Motion Picture Soundtrack* (2008) e *Life and Times* (2011), e ha prodotto numerosi cortometraggi e video musicali.
Pattinson è stato nominato una delle "100 persone più influenti del mondo" dalla rivista *Time* e una delle "50 persone più belle del mondo" dalla rivista *People*. Ha anche vinto numerosi premi per la sua recitazione, tra cui l'MTV Movie Award per la migliore interpretazione maschile e il Teen Choice Award per il miglior attore cinematografico:Romance.