Nació en el Greenwich Village neoyorkino, hijo de una pareja de pintores. Comenzó a tomar clases de interpretación siendo un niño y tras estudiar con Stella Alder y Lee Strasberg inició su carrera artística en los círculos de Broadway, haciéndose profesional con tan solo dieciséis años.Pasó al celuloide en 1968 cuando Brian de Palma, después de haberlo visto actuar en un grupo estudiantil, le ofrece un papel en su primera película "The Wedding Party".
A pesar de sus tempranos comienzos De Niro tuvo que esperar hasta tener 30 años para que se le reconociera su trabajo. Dicho reconocimiento llega con su interpretación en "Malas calles" (1973) de Martin Scorsese quien se convertirá a partir de entonces en su amigo, mentor y colaborador. Su papel en este film le fue recompensado con el premio de los Críticos de Nueva York. A este premio siguieron el Oscar como secundario por "El Padrino II" y dos nominaciones consecutivas en los años 1976 y 1977 por "Taxi Driver" y "El cazador" respectivamente.
En 1980 ganó un Oscar como mejor actor protagonista por su interpretación de Jack La Motta en "Toro Salvaje". Tuvo que esperar diez años para volver a ser nominado. En 1990 y 1991 la Academia también reconoció su trabajo en "Despertares" y en el remake de "El cabo del terror".
Poco después debutó como director en "Una historia del Bronx", una excelente película cuyo guión fue escrito por el también actor Chazz Palmintieri.
Su carrera está llena de títulos y es uno de los actores más solicitados; quizás su personalidad camaleónica y fascinante explique su enorme éxito. Es dueño de una productora llamada TriBeCa Productions y copropietario de varios restaurantes con Sean Penn, Cristopher Walken y Mijail Baryshnikov.
También ha rodado una película documental sobre el cómico Lenny Bruce.
