Pattinson começou sua carreira de modelo quando ele tinha doze anos, mas deixou quatro anos depois. Ele culpou a falta de trabalho como modelo masculino. Pattinson explicou em dezembro de 2008, "Quando eu comecei eu era bem alto e parecia uma menina, então eu tinha muito trabalho, pois foi durante esse período em que o visual andrógino era legal. Então, eu acho, fui me tornando um rapaz, desde então nunca mais tive qualquer emprego. Minha carreira de modelo foi um fracasso"
Pattinson atuou em papéis coadjuvantes em filmes feitos para televisão, como Rawdy Crawley no filme Vanity Fair, estrelado por Reese Witherspoon, mas sua participação foi cortada da edição final do filme e aparece apenas no DVD;^[13] ele não foi creditado. Seu primeiro papel creditado em um filme foi no mesmo ano, como Giselher, em Ring of the Nibelungs. Em maio de 2005, ele foi chamado para aparecer na premiere, realizada no Reino Unido, do filme The Woman Before , no Royal Court Theatre, mas foi substituído pouco antes da noite de abertura por Tom Riley.^[14] Mais tarde, naquele ano, ele interpretou o papel de Cedrico Diggory no filme Harry Potter e o Cálice de Fogo. Por esse trabalho, ele foi nomeado naquele mesmo ano como British Star of Tomorrow pelo The Times.^[15] Ele foi chamado mais de uma vez de 'o próximo Jude Law'.^[9][16]

Robert, em novembro de 2009.

Pattinson desempenhou Edward Cullen no filme Crepúsculo, baseado no romance best-seller de Stephenie Meyer com o mesmo nome, que foi lançado em 21 de novembro de 2008 na América do Norte. Segundo o TV Guide, Pattinson estava inicialmente apreensivo com relação audições para o papel de Edward Cullen, temeroso de que não seria capaz de viver a "perfeição" esperada do personagem.^[17] Ele voltou ao seu papel de Edward Cullen nas sequências de Crepúsculo, Lua Nova^[18] e Eclipse.^[19]
Pattinson também teve papéis principais em filmes de longa metragem Little Ashes (como Salvador Dalí), How to Be (uma comédia britânica) e no curta-metragem The Summer House. Ele apresentou no 81º Academy Awards, em 22 de fevereiro de 2009