Urodzony w Glasgow Robert Carlyle zadebiutował w 1990 roku w filmie „Riff Raff” Kena Loacha. U tego samego reżysera zagrał jeszcze w „Pieśni Carli”. Aktor wystąpił w dwóch najbardziej udanych i wysoko ocenionych przez krytyków brytyjskich filmach lat 90-tych. Pierwszy z nich to „Trainspotting” (1994), w którym zagrał Begbiego, a drugi - „Goło i wesoło” (1997), w którym wcielił się w postać Gazza. Za tę ostatnią rolę otrzymał nagrodę BAFTA w kategorii najlepszy aktor. Do BAFTY Carlyle był także nominowany za rolę w telewizyjnym serialu BBC „Hamish Macbeth”.
Aktor zagrał również główne role w filmach „Ksiądz” (1994), „Twarz” (1997), „Świat to za mało” (1999), „Niebiańska plaża” (2000), „Pewnego razu w Midlands” (2002) oraz „Black and White” (2002).
Carlyle wcielił się jeszcze w postać Hitlera w filmie „Hitler: Narodziny zła”, za co otrzymał nominację do Golden Satellite Award. Wkrótce aktor ma zagrać w filmach „Vacuum” oraz „Kill , Kill, Faster, Faster” z Jamesem Gandolfinim.