او احساس می‌کرد برای بازیگری نیاز به‌آموزش دارد. لذا در هنرستان (استلاآدلر) وهمچنین در کارگاه هنری آمریکایی آموزش‌بازیگری دید. به این ترتیب کار حرفه‌ای خود رادر زمینه بازیگری به طور نامنظم در برادوی و چندتبلیغ تجاری برای تلویزیون آغاز کرد.
اولین نقش او در یک فیلم سینمایی، به سال۱۹۶۵ با بازی در فیلم (سه اتاق در منهتن) بودکه به عنوان سیاهی لشگر و مشتری رستوران دریکی ازسکانس‌ها ظاهر شد. در همان سال به اوپیشنهاد بازی در یک نقش کوچک در فیلم(مهمانی عروسی) شد. آشنایی او با یکی ازدستیاران (برایان دی‌پالما). برای او شانسی بودکه توانست نقش اصلی در فیلم (تبریک) محصول۱۹۶۸ را در دست بگیرد. اما فیلم‌هایی که او درآن ایفای نقش می‌کرد، فیلم‌های موفقی نبود و باشکست همراه بود. اما (بابی‌میلک) ناامید نشد وبه ایفای نقش‌های ارزان مشغول شد تا سرانجام‌توانست با بازی در فیلم (طبل را آهسته به صدادربیاور) به شهرت نسبی برسد.
او با بازی درفیلم (کوچه کثیف) در سال۱۹۷۳ جایزه بهترین بازیگر نقش مکمل را از آن‌خود کرد.
موفقیت بزرگ بعدی دنیرو هنگامی بود که(فرانسیس فورد کاپولا) او را برای نقش(دون‌کولئونه) جوان در فیلم (پدرخوانده ۲) به‌سال ۱۹۷۴ انتخاب کرد که او جایزه آکادمی‌اسکار را برای بهترین بازیگر نقش دوم دریافت‌کرد.
سپس به او پیشنهاد نقش (یک راننده‌تاکسی)شد. لذا او روزهای متمادی در تاکسی‌های‌نیویورک می‌نشست و رفتار رانندگان تاکسی راتماشا می‌کرد و پس از بازی در فیلم(راننده‌تاکسی) در سال ۱۹۷۶ جایزه بهترین‌بازیگر را به خود اختصاص داد. کار بعدی او(نیویورک نیویورک) به سال ۱۹۷۷ بود. رابرت‌در سال ۱۹۷۶ در فیلم ۱۹۰۰ شرکت کرد. این‌فیلم به زبان ایتالیایی و محصول مشترک سه کشورفرانسه، ایتالیا و آلمان بود.
در سال ۱۹۷۸رابرت دنیرو با اجرای نقش(مایکل ورانسکی) در فیلم (شکارچی گوزن)یکی دیگر از بازی‌های عالی خود را ارائه داد.فیلم (گاو خشمگین) در سال ۱۹۸۰ نیز با استقبال‌مردم روبرو شد او در این فیلم مجبور شد که ۲۸کیلو به وزن خود بیفزاید. (کازینو) محصول۱۹۹۵، (زوربای یونانی) نیز یکی از مهمترین‌آثار وی در کارنامه هنری اش می‌باشد.
رابرت دنیرو درطول دوران بازیگری‌چهره‌های بسیار متفاوتی را ارائه کرده است که به‌رغم شباهت‌های ساختاری بسیاری از آنها نقش‌آفرینی دنیرو در آنها کاملا متفاوت بوده است. اودر نقش آدمکش، مشت‌زن، کمدین، راننده‌تاکسی، گانگستر، مافیا، پلیس و...ظاهر شده است‌که از او بازیگری قوی ساخته است. او در فیلم(ماموریت) به سال ۱۹۸۶ دو شخصیت کاملامتفاوت را ارائه داد که کاملا با هم در تضاد بودندولی انتقال از یکی به دیگری چنان ظریف وبی‌نقص از سوی او انجام شد که تماشاگر به سختی‌متوجه این تغییر می‌شود.