Robert Walker Jr. est le fils des acteurs Jennifer Jones et Robert Walker. Souvent, il est crédité Robert Walker, comme son père.

Robert Walker est né dans le Queens, à New York. Il a fréquenté la Lawrenceville School près de Princeton avant de commencer sa carrière d'acteur.

Robert a étudié le tai-chi-chuan avec Marshall Ho'o, une compétence qu'il a ensuite exposée dans son rôle dans le film Easy Rider.

Il participe à des films américains entre 1963 et 1987 (notamment des westerns et des films d'horreur), ainsi qu'à deux coproductions avec la France en 1970 et 1973.

À la télévision, il apparaît dans des téléfilms et séries (Columbo, Les Envahisseurs, Star Trek...) de 1956 à 1991.

Il est apparu dans les films et la télévision à partir du début des années 1960. Ses films incluent le rôle principal dans Ensign Pulver (1964) avec Burl Ives et Walter Matthau, The War Wagon (1967) avec John Wayne et Kirk Douglas, le rôle principal dans Young Billy Young aux côtés de Robert Mitchum en 1969, Easy Rider, également en 1969, et méfiez-vous! The Blob, ou «fils de Blob» en 1972. En 1982, il interprète Angkor: Cambodia Express avec Nancy Kwan, Christopher George, Woody Strode et Sorapong Chatree.

Dans les années 1960, Walker est apparu dans un épisode de 1962 ("Across Walnuts and Wine", de la série télévisée classique Route 66. Il a joué le rôle principal et un personnage émotionnellement perturbé qui était un acteur troublé qui a vécu et joué dans les rues et dans les cirques, dans l'épisode de Naked City "Dust Devil on a Quiet Street" du 28 novembre 1962. Dans l'épisode de The Big Valley "Mon fils, mon fils", diffusé le 3 novembre 1965, Walker décrivait Evan Miles, un étudiant en décrochage scolaire troublé par les émotions et obsédé par son ami d’enfance Audra Barkley. Il a eu un rôle mémorable dans Star Trek en tant que Charles 'Charlie' Evans, un adolescent de 17 ans et social inadapté avec des pouvoirs psychiques dans l'épisode "Charlie X", diffusé le 15 septembre 1966. Walker apparaît dans la cinquième saison de la série Combat! Dans l'épisode "Ollie Joe" du 27 septembre 1966. En plus, il avait le rôle principal dans "Billy the Kid", épisode 22 de The Time Tunnel, diffusé à l'origine le 10 février 1967. Il décrit également Nick Baxter, un étranger malade qui a provoqué la mort humaine par contact, dans l'épisode "Panic" de la série télévisée The Envahisseurs, diffusée le 11 avril 1967. Il incarne Mark Cole dans l'épisode de Bonanza du 29 octobre 1967 intitulé "The Gentle Ones"

Dans les années 1970, Walker avait joué un rôle dans un épisode de Columbo, "Mind Over Mayhem", 1974), et en tant que débardeur innocent accusant le meurtre de Quincy, ME "The Hero Syndrome" en 1977. Il est également apparu dans l'épisode pilote de 1978 de The Eddie Capra Mysteries.

Walker a maintenu une présence épisodique à la télévision dans les années 1980 et 1990. Il a joué dans deux épisodes de Murder. Il a joué avec Angela Lansbury une fois en 1987 et une autre fois en 1990 le rôle d'un homme handicapé mental dans "Shear Madness". Ses dernières représentations à l'écran étaient dans les séries télévisées LA Law et In the Heat of the Night , toutes deux en 1991. Il a également fait une apparition dans une série télévisée en 1993 et a joué un petit rôle en 2016 dans le film Au-delà de l'obscurité.

1964 - Pour le film : LA CÉRÉMONIE - Golden Globe : Meilleur espoir masculin, États-Unis.