Pattinson rozpoczął karierę aktorską na początku XXI wieku rolami w wielu filmach i serialach telewizyjnych, w tym w niemieckim filmie telewizyjnym *Pierścień Nibelungów* (2004) i adaptacji powieści J. R. R. Tolkiena *Hobbit* (2003) w BBC. . Przełomową rolą w jego karierze była rola Edwarda Cullena w 2005 roku w filmowej adaptacji powieści Stephenie Meyer „Zmierzch”. Film odniósł sukces krytyczny i komercyjny, doczekał się czterech sequeli i sprawił, że Pattinson stał się powszechnie znany.
Po zakończeniu serii „Zmierzch” Pattinson zagrał w wielu niezależnych filmach, w tym w „Remember Me” (2010), „Woda dla słoni” (2011), „Cosmopolis* (2012), „Mapy do gwiazd” ( 2014) i *Dobry czas* (2017). Wystąpił także w kilku wysokobudżetowych filmach, takich jak *Harry Potter i Czara Ognia* (2005), *Księżyc w nowiu* (2009), *Zaćmienie* (2010), *Przed świtem - część 1* (2011). ) i *Przed świtem – część 2* (2012).
Oprócz kariery aktorskiej Pattinson jest także muzykiem i producentem. Wydał dwa albumy, *Twilight:Original Motion Picture Soundtrack* (2008) i *Life and Times* (2011), a także wyprodukował kilka filmów krótkometrażowych i teledysków.
Pattinson został uznany przez magazyn *Time* za jedną ze 100 najbardziej wpływowych osób na świecie oraz za jedną z 50 najpiękniejszych ludzi na świecie według magazynu *People*. Zdobył także wiele nagród za swoją rolę aktorską, w tym nagrodę MTV Movie Award za najlepszą rolę męską i nagrodę Teen Choice Award dla najlepszego aktora filmowego:Romans.