Nascido no Queens Hospital em 15 de abril de 1940. Como filho dos atores Robert Walker e Jennifer Jones, Robert Walker Jr. certamente tinha o pedigree certo para fazer sucesso em Hollywood. Seus pais se separaram quando Robert tinha apenas três anos e, aos 9, seu padrasto se tornou o poderoso magnata do cinema David O. Selznick, que nessa época já havia assumido o controle da carreira de sua mãe.
Robert Walker Jr. começou a treinar no Actors 'Studio no início dos anos 1960. Ele também se casou com a esposa Ellie Wood no início dos anos 60 e tiveram três filhos. Walker Jr. preferiu encontrar seu próprio lugar no campo do entretenimento e tentou evitar as comparações óbvias, mas sua semelhança surpreendente com seu falecido pai tornava extremamente difícil para o público de cinema separar os dois. Ele começou sua carreira no cinema em boa companhia e com dois papéis fortes em The Hook (1963), uma história de moralidade ambientada durante a guerra da Coréia estrelada por Kirk Douglas e Nick Adams, e The Ceremony (1963), no qual recebeu um Globo de Ouro por "recém-chegado promissor" como irmão de Laurence Harvey. Walker Jr. também trabalhou na TV e ganhou o Theatre World Award por seus dois papéis off-Broadway em 1964 em "I Knock at the Door" e "Pictures in the Hallway".
De constituição franzina e bonito como um menino, Robert parecia estar em seu caminho quando recebeu o maior desafio de sua carreira no cinema, assumindo o papel vencedor do Oscar de Jack Lemmon como Ensign Pulver (1964) na sequência da popular comédia de serviço Mister Roberts (1955) . Infelizmente, sua comparação com Lemmon empalideceu significativamente e o roteiro não tinha nem o charme nem a inteligência de seu antecessor. O filme e Walker foram torpedeados pelos críticos e Walker perdeu terreno importante em Hollywood. Apesar de seu talento óbvio, seus filmes subsequentes careciam da qualidade e da promessa de seus dois primeiros, que incluíam The Happening (1967), The Savage Seven (1968), Killers Three (1968) e o papel-título em Young Billy Young (1969), estrelado por Robert Mitchum. Ele e sua esposa Ellie apareceram em papéis no filme cult Easy Rider (1969).
Robert teve papéis especiais em muitas séries de televisão populares durante os anos 1960, 70 e 80.No episódio de The Big Valley, "My Son, My Son", que foi ao ar em 3 de novembro de 1965, Walker interpretou Evan Miles, um abandono da faculdade emocionalmente perturbado que se torna obcecado pela amiga de infância Audra Barkley.Ele interpretou o papel-título e outro personagem emocionalmente perturbado, um ator problemático que viveu e atuou nas ruas e em circos, no episódio de The Naked City "Dust Devil on a Quiet Street", de novembro.28, 1962.Ele teve um papel memorável em Star Trek como "Charles 'Charlie' Evans" no episódio "Charlie X", que foi ao ar em 15 de setembro de 1966.Além disso, ele interpretou Billy the Kid no episódio 22 de The Time Tunnel, que foi ao ar originalmente em 10 de fevereiro de 1967, e também interpretou Nick Baxter, um alienígena doente que causou a morte de humanos pelo toque, no episódio "Panic" em a série de televisão The Invaders, que foi ao ar em 11 de abril de 1967.Ele interpretou Mark Cole em 29 de outubro de 1967 no episódio de Bonanza intitulado 'The Gentle Ones'.Também participou de um episódio de Columbo, "Mind Over Mayhem", (1974) e da 5ª temporada da série Combat!no episódio "Ollie Joe".Nos anos posteriores, Walker manteve episódios de TV, suas aparições finais ocorrendo em 1991 com L.A.Lei e no calor da noite.
