Robert Francis Vaughn nasceu em 22 de novembro de 1932 no Charity Hospital em Nova York, filho de pais do show business, Marcella Frances (Gaudel) e Gerald Walter Vaughn. Seu pai era ator de rádio e sua mãe estrelava no palco. Robert chamou a atenção do público primeiro com seu papel indicado ao Oscar, em The Young Philadelphians (1959). No ano seguinte, ele foi um dos sete no clássico ocidental The Magnificent Seven (1960). Apesar de participar de filmes tão populares, ele geralmente conseguia trabalho na televisão. Ele apareceu mais de 200 vezes em papéis especiais no final dos anos 1950 ao início dos anos 1960. Foi em 1963 que ele recebeu seu primeiro papel importante em O Tenente (1963). Robert assumiu o papel com a intenção de fazer a transição de ator convidado para co-estrela na televisão. Foi devido ao seu trabalho nesta série que o produtor Norman Felton lhe ofereceu o papel de Napoleon Solo em The Man from U.N.C.L.E. (1964).
Quatro anos de muito sucesso (1964-68) se seguiram quando a série se tornou uma das séries de televisão mais populares da década de 1960. Isso fez de Vaughn uma estrela internacional da televisão, mas ele queria embarcar em uma carreira no cinema, e o fez logo depois que a série terminou em 1968, ao estrelar Bullitt (1968) com Steve McQueen. Agora trabalhando em tempo integral no cinema, estrelou The Bridge at Remagen (1969) e The Mind of Mr. Soames (1970), antes de fazer uma mudança voltando para a televisão, desta vez na Inglaterra. Assumiu o papel principal na série The Protectors (1972) e permaneceu na Inglaterra durante a primeira metade dos anos 1970. Ele retornou aos Estados Unidos em meados da década de 1970 e embarcou em uma série de papéis de minissérie de muito sucesso na televisão que resultou em seu recebimento do Emmy Award em 1978 por Washington: Behind Closed Doors (1977) e uma indicação no ano seguinte por Backstairs em a Casa Branca (1979).
A década de 1970 foi um momento importante na vida de Robert, pois em 1974 ele se casou com a atriz Linda Staab e concluiu sua tese sobre a lista negra de Hollywood durante a era McCarthy "Red Scare", publicada em 1972 como "Only Victims: A Study of Show Business Blacklisting. " Durante a década de 1980, ele misturou televisão com cinema. Papéis em filmes como S.O.B. (1981), Superman III (1983), The Delta Force (1986) e Black Moon Rising (1986) foram os destaques. Na televisão, ele apareceu em muitas séries de sucesso, principalmente em The A-Team (1983) e Emerald Point N.A.S. (1983).
Ele continuou com uma gama diversificada de projetos, aparecendo no palco em várias ocasiões. A década de 1990 viu a mesma variedade de papéis. Filmes feitos para a TV foram uma escolha popular para ele, assim como séries como As the World Turns (1956), The Nanny (1993) e Law & Order (1990). Ele teve um papel no remake da série de 1998 do clássico filme em que apareceu, The Magnificent Seven (1998). Ele também apareceu em grandes filmes como Joe's Apartment (1996) e BASEketball (1998), e em papéis menores nos anos subsequentes.
Robert morreu de leucemia aguda em 11 de novembro de 2016 em Ridgefield, Connecticut. Seu último crédito de atuação, Gold Star (2017), foi lançado no ano de sua morte.
