Attore statunitense. Debutta a cinque anni in un film del padre (Robert Downey Sr.) e nel 1987 è protagonista di Al di là di tutti i limiti, ritratto di giovani in bilico tra droga, sesso facile, ricevimenti e finti problemi familiari. Come interprete si fa subito notare per la sua versatilità e talento, uniti ad una dose di espressione bohémien che alimenta il suo lato maledetto.

Nel 1993 ottiene una nomination all'Oscar per Charlot di Richard Attenborough; in America oggi del maestro Robert Altman interpreta un aspirante truccatore, in Natural Born Killers - Assassini nati del sanguigno Oliver Stone un reporter televisivo. Sembra quasi che le sue interpretazioni raccontino la sia vita privata: l'attore s'imbatte più volte in problemi con la droga e la giustizia, riuscendo comunque a far si che non intralcino la sua carriera.

Nel 1996 recita in Riccardo III, negli anni successivi in Conflitto di interessi, nell'horror Gothika di Mathieu Kassovitz e nella commedia Wonder Boys. Ha lavorato nel musical The Singing Detective e di recente ne L'incredibile Hulk, anche se non risulta accreditato. La sua carriera sembra ripresa con la parte del protagonista Tony Stark / Iron Man nell'omonimo film. Lo vedremo in The Soloist e nella parte del sagace detective in Sherlock Holmes.