Fiul unui muncitor la cai ferate ce a murit intr-un accident de tren cand avea doi ani, Robert Charles Durman Mitchum si fratii sai (incluzandu-l pe John Mitchum, devenit si el actor mai tarziu) au fost crescuti de mama si de tatal lor vitreg (maior in armata Britanica) in statele Connecticut, New York si Delaware. Datorita autoritatii tatalui sau vitreg si lipsei de disciplina de care a dat dovada, Robert si-a petrecut o buna parte din adolescenta aventurandu-se pe unde a vrut.
Intr-una dintre aceste calatorii, la varsta de 14 ani chiar a facut parte dintr-o banda de cartier, in Giorgia, dar mai tarziu a renuntat. Lucrand in mai multe domenii (inclusiv povestitor pentru astrologul Carroll Righter), Mitchum a descoperit actoria in Long Beach, California, la o companie de teatru pentru amatori. A lucrat pentru compania Lockheed Aircraft, unde stressul l-a facut sa orbeasca temporar. Cam in acelasi timp a inceput sa obtina roluri mici in filme, avand zeci de aparitii intr-un timp foarte scurt. In 1945 a fost distribuit in rolul Lt. Walker in filmul “Story of G.I. Joe” (1945), rol pentru care a fost nominalizat la premiul Oscar pentru “Cel mai bun actor intr-un rol secundar”. A inceput sa devina foarte cunoscut si astfel a devenit un icon pentru filmele noir din anii ’40, atat cele dramatice cat si cele tip western.
Stilul sau aparent lenes si diferit de cel al celorlati actori l-a facut sa devina foarte repede indragit de catre femei si pana in anii ’50 a devenit un adevarat superstar in ciuda unei scurte treceri pe la inchisoare datorate consumului de marijuana in 1949, fapt ce a facut sa-i mai creasca imaginea de "bad boy".
Pentru a se mai apropia de arta a lucrat si in proiecte ca “The Night of the Hunter” (1955) in regia lui Charles Laughton si chiar a fost co-autor la un oratoriu produs la Hollywood Bowl de Orson Welles. Fiind un maestru al accentului si tinand foarte mult la imaginea sa , a jucat atat in filme ce ti se intiparesc in minte cat si cu nonsalanta in cateva filme mai putin bune. S-a mutat la televiziune in anii ’80 cand oportunoitatile cinematografice s-au diminuat, castigand noi fani cu proiecte ca "The Winds of War" (1983) si "War and Remembrance" (1988). Fii sai James Mitchum si Christopher Mitchum sunt actori, ca si nepotul sau Bentley Mitchum. Ultimul sau film a fost “James Dean: Race with Destiny” (1997) un film de televiziune cu Casper Van Dien in rolul lui James Dean. Robert Mitchum a decedat in 1997 in urma unui cancer pulmonar.
Are o stea pentru film, în partea de sud, aria 6200, de pe Bulevardul Walk of Fame din Hollywood.
