Patrick saltó a la fama por su papel como antagonista de Arnold Schwarzenegger en la película de 1991 Terminator 2: El juicio final. Interpretaba el papel del T-1000, un imparable Terminator hecho de metal líquido al que le bastaba el contacto físico con cualquier persona para adquirir su apariencia. Su personaje luchó contra el de Schwarzenegger, esta vez "el bueno", el T-800. Una curiosidad: Robert también ha interpretado a dicho personaje en la película Wayne's World, en la que cuando un policía detiene el coche que conducían Wayne y Gart, se acerca al auto y pregunta: "¿Has visto a este chico?", enseñándole la foto de John Connor, de 10 años; y también en un breve cameo en la película Last Action Hero, también protagonizada por Schwarzenegger, en donde se le ve salir de la estación de policía.
En 2000, Patrick apareció en varios episodios de Los Soprano, interpretando a David Scatino. También llegó a ser conocido en la pequeña pantalla por su papel del Agente John Doggett, entre 2000 y 2002 en las 2 últimas temporadas de Expediente X.
En 2004 actuó en la serie Stargate Atlantis en el episodio piloto como el Coronel Marshall Sumner. Más recientemente, en el filme Walk the Line, durante 2005, y en las miniseries de TV Elvis, Robert Patrick actuó de padre de Johnny Cash y de Elvis Presley, respectivamente. Ha tenido un papel regular en The Unit, y está programado que terminará filmando Lonely Street, una comedia donde su papel es el de Mr. Aaron, una misteriosa celebridad que pensó fingir su propia muerte y no es otro que Elvis Presley. En octubre de 2006 actuó en The Marine como Rome, el villano. En el 2014 participó en Scorpion como el agente Cabe Gallo, hasta el año 2018.
Vida personal
Patrick está casado con la actriz Barbara Patrick, que apareció con él en alguna película suya como Zero Tolerance y como Barbara Doggett en dos episodios de Expediente X. Tiene una hija llamada Austin y un hijo llamado Samuel. Casi todos los años, hace el Love Ride, un paseo de caridad en motocicleta que se celebra anualmente en el sur de California.
También es hermano de Richard Patrick, exguitarrista de Nine Inch Nails y cantante de los grupos de rock Filter y Army of Anyone.