Aktör Robert Walker ve Jennifer Jones'un oğlu olarak 15 Nisan 1940'ta Jamaica Hospital Medical Center'da (Queens, New York) doğan Robert Walker Jr. Hollywood'da başarılı olmak için kesinlikle doğru soyağacına sahipti. Robert henüz üç yaşındayken anne ve babası ayrıldı. Altı yıl sonra annesi, o zamana kadar Jones'un kariyerini sıkı bir şekilde kontrol altına almış olan güçlü film patronu David O. Selznick ile evlendi. 1960'ların başında Walker Jr. Actors Studio'da eğitim almaya başladı. Ayrıca 1960'ların başında eşi Ellie Wood ile evlendi ve üç çocuğu oldu. Walker Jr. eğlence alanında kendi yerini bulmayı tercih etti ve bariz karşılaştırmalardan kaçınmaya çalıştı, ancak merhum babasına olan şaşırtıcı benzerliği, film izleyicilerinin ikisini ayırmasını son derece zorlaştırdı. Sinema kariyerine Kirk Douglas ve Nick Adams'ın başrollerini paylaştığı Kore savaşı sırasında geçen bir ahlak hikayesi olan The Hook (1963) ve Laurence Harvey'in kardeşi rolüyle "gelecek vaat eden yeni oyuncu" dalında Altın Küre Ödülü aldığı Ölümle Randevu (1963) filmlerindeki iki güçlü rolüyle iyi bir başlangıç yaptı. Walker Jr. aynı zamanda televizyonda da çalışmış ve aşağıdaki rolüyle Tiyatro Dünyası Ödülü'nü kazanmıştır 1964 yılında Broadway dışında "I Knock at the Door" ve "Pictures in the Hallway"adlı iki filmde rol aldı."Hafif yapılı ve çocuksu bir yakışıklılığa sahip olan Robert Walker Jr. popüler servis komedisi Belalı Kaptan'ın (1955) devam filminde Jack Lemmon'ın Oscar ödüllü Teğmen Pulver (1964) rolünü üstlenerek sinema kariyerinin en büyük mücadelesini verdiğinde yolunda görünüyordu. Ne yazık ki, Lemmon'la kıyaslandığında önemli ölçüde sönük kaldı ve senaryo selefinin ne cazibesine ne de zekasına sahipti. Film ve Walker eleştirmenler tarafından torpillendi ve Walker Hollywood'da büyük bir zemin kaybetti. Belirgin yeteneğine rağmen, sonraki filmleri, Asiler beldesi (1967) de dahil olmak üzere ilk iki filminin kalitesinden ve vaadinden yoksundu, The Savage Seven (1968), Killers Three (1968) ve Robert Mitchum'un başrolünü oynadığı Beraber Dövüşelim (1969) filmlerinde başrol oynadı. O ve eşi Ellie, popüler kült film Easy Rider'da (1969) rol aldılar. 1960'lardan 1990'ların başına kadar Walker Jr. birçok popüler televizyon dizisinde konuk oyuncu olarak yer aldı. The Big Valley (1965) dizisinin "My Son, My Son" (3 Kasım 1965'te yayınlandı) bölümünde Walker, çocukluk arkadaşı Audra Barkley'e takıntılı hale gelen, duygusal olarak rahatsız bir üniversite terki olan Evan Miles'ı canlandırdı. Naked City'nin (1958) "Dust Devil on a Quiet Street" (28 Kasım 1962'de yayınlandı) bölümünde başrolü ve duygusal olarak rahatsız bir başka karakteri, sokaklarda ve sirklerde yaşayan ve performans sergileyen sorunlu bir aktörü canlandırdı. Uzay Yolu (1966) dizisinde "Charlie X" (15 Eylül 1966) bölümünde "Charles 'Charlie' Evans" rolüyle unutulmaz bir rol oynadı. Ayrıca, ilk olarak 10 Şubat 1967'de yayınlanan Zaman Tüneli'nin (1966) 22. bölümünde Billy the Kid'i canlandırdı. The Invaders (1967) adlı televizyon dizisinin "Panic" adlı bölümünde (11 Nisan 1967'de yayınlandı) dokunarak insanların ölümüne neden olan hasta bir uzaylı olan Nick Baxter'ı canlandırdı. Bonanza'nın (1959) 29 Ekim 1967 tarihli "The Gentle Ones" başlıklı bölümünde Mark Cole'u canlandırdı. Columbo (1971) dizisinin "Mind Over Mayhem" (1974) bölümünde önemli bir rolde ve Combat! (1962) dizisinin "Ollie Joe" bölümünde önemli bir rolde yer aldı. Televizyonda son olarak 1990'larda Kanun Kanundur (1986), FBI: The Untold Stories (1991), Santa Barbara (1984), The New Lassie (1989), The New Adam-12 (1990) ve In the Heat of the Night (1988).