2004年，18岁的罗伯特·帕丁森迎来人生第一个大银幕角色，在《尼伯龙根的指环》中出演配角Giselher 。当时正值结业考试前夕，他将厚厚的复习资料装进行李箱，孤身一人飞往南非进行该戏拍摄。回到英国后，他顺利通过了考试，完成了自己对父母的承诺。随后参与了《名利场》拍摄，不过基于剧情考量，该电影最后上映时罗伯特的戏份被全部删除，但在DVD版本中还能看到他的演出 。后来在经纪人的介绍下，罗伯特拿下《哈利波特与火焰杯》中霍格沃茨校草塞德里克·迪戈里的角色 。2006年，他主演了BBC电视台的电视电影《迷魂飞行员》，饰演一个瘫痪的空军飞行员。之后，他出演了影片《坏妈妈手册》，饰演一个腼腆的青年Daniel ，在片中他单恋上一个早孕少女，鼓励她把孩子生下来并承诺帮其抚养。2008年，罗伯特·帕丁森出演的奇幻浪漫爱情电影《暮光之城》上映。罗伯特在片中饰演吸血鬼爱德华·库伦 。同年，他接拍了一部讲述两位西班牙艺术家的同性恋情电影《少许灰烬》，罗伯特饰演西班牙超现实主义画家达利，片中他爱上了诗人费德里科.加西亚.洛尔卡。该小成本电影还获得了GLAAD传媒大奖限制放映类影片杰出电影奖以及意大利电影节大奖。此外，他在这一年还有两部电影，分别是讲述前度情人之间暧昧不清的《夏日小屋》以及从郁郁不得志的文艺青年到对未来充满希望的《如何生活》 。 2010年，罗伯特·帕丁森主演了其第一次监制的作品《记住我》，与皮尔斯·布鲁斯南、克里斯·库柏对戏 。同年3月25日，罗伯特的定制蜡像在伦敦杜莎夫人蜡像馆揭幕。在拍摄暮光系列的同时，罗伯特·帕丁森接拍了独立电影《漂亮朋友》 、与瑞茜·威瑟斯彭合作了《大象的眼泪》 以及加拿大名导大卫·柯南伯格的《大都市》。2011年12月1日杜莎夫人诞辰250周年的庆典上，在上海杜莎夫人蜡像馆引来了罗伯特·帕丁森在中国内地的首枚蜡像。2012年5月，罗伯特·帕丁森与大卫·柯南伯格一同亮相第65届戛纳国际电影节。2013年年初，罗伯特与英国演员盖·皮尔斯合作拍摄由澳大利亚导演大卫·米奇欧德执导并编剧的《The Rover》，扮演一个有点呆萌的偷车贼。此外，他与大卫·柯南伯格第二次合作的电影《星图》于7月在洛杉矶和多伦多拍摄一个月左右，该片讲述好莱坞童星被环境毁灭的故事，搭档约翰·库萨克以及朱丽安·摩尔 。2014年1月，罗伯特完成了传记片《沙漠女王》的演出，他在片中出演“阿拉伯的劳伦斯”原型人物托马斯·爱德华·劳伦斯，该片讲述20世纪初期在约旦哈西姆王国的独立斗争及建国过程中两位传奇人物相识相知的真实故事，在摩洛哥开拍。此外，罗伯特加盟电影《迷失Z城》 。2017年，春天拍摄科幻片《high life》 。