Robert Mitchum verloor zijn vader al toen hij pas vijf jaar oud was. Mitchum was wat men noemt een probleemkind, zo werd hij op 14-jarige leeftijd al van school gestuurd. Korte tijd later werd hij in Savannah al gearresteerd omwille van landloperij. Voor hij zijn eerste stappen zette in de filmwereld, had hij al behoorlijk wat rondgetrokken en gewerkt als arbeider, beroepsbokser en mijnwerker.

In 1937 dan kwam hij uiteindelijk in Californië terecht. Begin de jaren veertig liet hij zich aansluiten bij het Long Beach Theatre Guild waar hij de knepen van het acteervak kon aanleren. Hij was zeer actief en altijd wel aan een film bezig, want in 1943 speelde hij in ongeveer twintig films, zij het dan telkens in een klein rolletje. Anders was het met The story of GI Joe in 1945, waarmee hij aan de buitenwereld toonde dat hij alles in zich had om een grote ster te worden.

Hij leek de geknipte acteur voor de klassieke 'film noir' : eerder zwijgzaam maar niettemin duidelijk tot uitdrukking brengend wat hij wou overbrengen, resulterend in gekende vertolkingen in onder andere Crossfire & Pursued, twee toppers in het genre.

De lijst van films waarin Robert Mitchum te zien is, is dan ook behoorlijk lang, maar er zijn toch enkele pieken/bijzondere rollen als uitschieter : The Lusty Men van Nicolas Ray waarin hij de rol van een rodeo-veteraan speelt, zijn rol van demente predikant in The Night of the Hunter, enz... In 1983 liet hij zich op tv-vlak ook opmerken in de kleine tv-serie The Winds of War.

Eén van de laatste langspeelfilms waarin Robert Mitchum te zien was, was de western Dead Man met Johnny Depp.

Robert Mitchum werd in het begin van zijn carrière regelmatig vermeld als Bob Mitchum.