Pattinson je svojo igralsko kariero začel v začetku leta 2000 z vlogami v številnih filmih in televizijskih serijah, vključno z nemškim televizijskim filmom *Ring of the Nibelungs* (2004) in BBC-jevo adaptacijo romana J. R. R. Tolkiena *The Hobbit* (2003). . Njegova prebojna vloga je prišla leta 2005, ko je bil izbran za vlogo Edwarda Cullena v filmski priredbi romana Stephenie Meyer *Somrak*. Film je bil kritičen in komercialno uspešen, rodil se je štiri nadaljevanja, zaradi česar je Pattinson postal splošno ime.
Odkar se je serija *Somrak* končala, je Pattinson igral v številnih neodvisnih filmih, vključno z *Remember Me* (2010), *Water for Elephants* (2011), *Cosmopolis* (2012), *Maps to the Stars* ( 2014) in *Dober čas* (2017). Nastopil je tudi v več visokoproračunskih filmih, kot so *Harry Potter and the Goblet of Fire* (2005), *New Moon* (2009), *Eclipse* (2010), *Breaking Dawn - Part 1* (2011). ) in *Zora - 2. del* (2012).
Pattinson je poleg igralske kariere tudi glasbenik in producent. Izdal je dva albuma, *Twilight:Original Motion Picture Soundtrack* (2008) in *Life and Times* (2011), ter produciral več kratkih filmov in glasbenih videov.
Revija *Time* je Pattinsona uvrstila med »100 najvplivnejših ljudi na svetu«, revija *People* pa med »50 najlepših ljudi na svetu«. Prejel je tudi številne nagrade za svoje igranje, vključno z nagrado MTV Movie Award za najboljšo moško vlogo in nagrado Teen Choice za izbranega igralca v filmu:Romanca.