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大學時主修戲劇。1971年以捷克導演米洛斯福曼執導的第一部美國片《逃家》進入影壇,她並且為片中插曲作詞,
之後登上百老匯。1991年以驚悚片《戰慄遊戲》獲得奧斯卡最佳女主角獎,1999年以《風起雲湧》入圍奧斯卡最佳女配角獎。
勞勃狄尼洛的演藝資歷傲人,電影事業從1969年布萊恩狄帕瑪執導的《The Wedding Party》開始。直到1973年,他已因《戰鼓輕敲》及馬丁史柯西斯執導的《殘酷大街》兩度贏得紐約影評人獎的最佳男配角獎。 1974年,勞勃狄尼洛因《教父2》贏得奧斯卡獎的最佳男配角獎。1980年,他因馬丁史柯西斯執導的《蠻牛》贏得第二座奧斯卡獎,這次的獎項是最佳男主角獎。
勞勃狄尼洛還有另外五次獲得奧斯卡獎提名,入圍電影分別是馬丁史柯西斯執導的《計程車司機》;麥可西米諾執導的《越戰獵鹿人》;潘妮馬歇爾執導的《睡人》;馬丁史柯西斯執導的重拍片《恐怖角》;以及大衛歐羅素執導的《派特的幸福劇本》。
2003年,勞勃狄尼洛、珍羅森泰和克雷格哈卡成立翠貝卡企業,是一間多元化媒體公司,任務是提供藝術家獨特的平台,以擴展觀眾群及使消費者體驗獨立電影和媒體。勞勃狄尼洛透過翠貝卡公司開發各種計劃,並身兼多種身分,包括製片、導演和演員,首度執導演筒拍攝的電影為《四海情深》,之後他又自導自演《特務風雲:中情局誕生秘辛》。
勞勃狄尼洛因傑出的表演成就獲頒甘迺迪中心的榮譽獎。他也榮獲好萊塢影展的好萊塢演員獎及英國影藝學院獎大不列顛獎的史丹利庫伯力克獎。2010年,他獲選為AARP雜誌的電影終身成就獎得主。 2011年,勞勃狄尼洛獲頒金球獎的塞西爾戴米爾獎。他也擔任第64屆坎城影展的評審團主席。