Enfant déjà, Robert Ryan s'illustre dans des comédies produites par la compagnie Essanay. Elève de Max Reinhardt puis de Vladimir Sokoloff, il débute au théâtre en 1941. Après quelques furtives apparitions à l'écran, il joue son premier rôle important en 1943 dans Tender Comrade d'Edward Dmytryk.
Acteur à la carrure impressionnante et aux traits aigus, Robert Ryan joue régulièrement les hors-la-loi et les brutes dans des films d'aventures hollywoodiens. Edward Dmytryk le met de nouveau en scène en 1947 dans le rôle d'un militaire assassin et raciste dans Feux croisés, personnage qui le confirme dans ses interprétations de mauvais garçons. Robert Ryan trouve un jeu plus nuancé auprès de Jean Renoir (La Femme sur la plage, 1947) et de Robert Wise (en boxeur intègre dans Nous avons gagné ce soir, 1949). Dans les années 1950, l'acteur continue de personnifier le mal. Il est un bandit retors dans L'Appât (1953) d'Anthony Mann ou encore un maître d'équipage pervers dans Billy Budd (1962) de Peter Ustinov. Toutefois, certains réalisateurs lui donnent encore la possibilité de s'échapper de ses rôles sombres : Nicholas Ray le transforme en tendre bagarreur dans La Maison dans l'ombre (1951) ou en Jean-Baptiste dans Le Roi des rois (1961), et Richard Brooks en aventurier dresseur de chevaux dans Les Professionnels (1966). En 1972, Ryan tourne sous la direction de René Clément dans La Course au lièvre à travers les champs, où il signe une nouvelle composition de gangster, cette fois sympathique. Peu avant sa mort, il renoue avec ses racines irlandaises en interprétant un vieil anarchiste du pays dans The Iceman Cometh (1973) de John Frankenheimer.
Grand comédien de théâtre, Robert Ryan interprète Shakespeare, Pirandello, Brecht ou Hemingway. Il fonde en 1959 le Theatre Group à l'université de Californie.
Courts métrages 1969 | Reason Why (The) | Paul Leaf |
Longs métrages| 1940 | Ghost Breakers (The) Le Mystère du château maudit | George Marshall |
| 1940 | Golden Gloves [Le Gant d'or] | Edward Dmytryk |
| 1940 | North West Mounted Police Les Tuniques écarlates | Cecil B. DeMille |
| 1940 | Queen of the Mob [Les Bas-fonds de Chicago] | James P. Hogan |
| 1940 | Texas Rangers Ride Again [La Légion des damnés ressuscite] | James P. Hogan |
| 1943 | Behind the Rising Sun Face au soleil levant | Edward Dmytryk |
| 1943 | Bombardier | Richard Wallace |
| 1943 | Iron Major (The) | Ray Enright |
| 1943 | Sky's the Limits (The) L'Aventure inoubliable | Edward H. Griffith |
| 1943 | Tender Comrade | Edward Dmytryk |
| 1944 | Gangway for Tomorrow | John H. Auer |
| 1944 | Marine Raiders | Harold D. Schuster |
| 1946 | Woman on the Beach (The) La Femme sur la plage | Jean Renoir |
| 1947 | Crossfire Feux croisés | Edward Dmytryk |
| 1947 | Trail Street Du sang sur la piste | Ray Enright |
| 1948 | Act of Violence Acte de violence | Fred Zinnemann |
| 1948 | Berlin Express | Jacques Tourneur |
| 1948 | Boy With Green Hair (The) Le Garçon aux cheveux verts | Joseph Losey |
| 1948 | Caught Pris au piège | Max Ophuls |
| 1948 | Return of the Bad Men Far West 89 | Ray Enright |
| 1948 | Set-up (The) Nous avons gagné ce soir | Robert Wise |
| 1949 | Woman on Pier 13 (The) [La Grève des dockers] | Robert Stevenson |
| 1950 | Born to Be Bad | Nicholas Ray |
| 1950 | Flying Leathernecks Les Diables de Guadalcanal | Nicholas Ray |
| 1950 | On Dangerous Ground La Maison dans l'ombre | Nicholas Ray |
| 1950 | Secret Fury | Mel Ferrer |
| 1951 | Best of the Badmen | William D. Russell |
| 1951 | Clash by Night Le Démon s'éveille la nuit | Fritz Lang |
| 1951 | Hard, Fast and Beautiful | Ida Lupino |
| 1951 | Racket (The) | John Cromwell |
| 1952 | Beware, My Lovely | Harry Horner |
| 1952 | Horizons West Le Traitre du Texas | Budd Boetticher |
| 1952 | Naked Spur (The) L'Appât | Anthony Mann |
| 1953 | Alaska Seas | Jerry Hopper |
| 1953 | City Beneath the Sea La Cité sous la mer | Budd Boetticher |
| 1953 | Her Twelve Men Les Fils de Mademoiselle | Robert Z. Leonard |
| 1953 | Inferno | Roy Ward Baker |
| 1954 | About Mrs Leslie Romance sans lendemain | Daniel Mann |
| 1954 | Bad Day at Black Rock Un homme est passé | John Sturges |
| 1954 | Escape to Burma Les Rubis du prince birman | Allan Dwan |
| 1955 | House of Bamboo Maison de bambou | Samuel Fuller |
| 1955 | Tall Men (The) Les Implacables | Raoul Walsh |
| 1956 | Back from Eternity Les Echappés du néant | John Farrow |
| 1956 | Men in War Cote 465 | Anthony Mann |
| 1956 | Proud Ones (The) Le Sherif | Robert D. Webb |
| 1957 | God's Little Acre Le Petit arpent du bon Dieu | Anthony Mann |
| 1958 | Day of the Outlaw La Chevauchée des bannis | André De Toth |
| 1958 | Lonelyhearts | Vincent J. Donehue |
| 1959 | Ice Palace Les Aventuriers | Vincent Sherman |
| 1959 | Odds Against Tomorrow Le Coup de l'escalier | Robert Wise |
| 1960 | Canadians (The) | Burt Kennedy |
| 1960 | King of Kings Le Roi des rois | Nicholas Ray |
| 1961 | Billy Budd | Peter Ustinov |
| 1961 | Longest Day (The) Le Jour le plus long | Ken Annakin, Andrew Marton, Bernhard Wicki, [etc.] |
| 1964 | Crooked Road (The) | Don Chaffey |
| 1964 | Inheritance (The) | Harold Mayer |
| 1965 | Battle of the Bulge La Bataille des Ardennes | Ken Annakin |
| 1965 | Guerre secrète | Carlo Lizzani, Christian-Jaque, Werner Klingler, [etc.] |
| 1965 | Professionals (The) Les Professionnels | Richard Brooks |
| 1966 | Busy Body (The) | William Castle |
| 1966 | Custer of the West Custer, l'homme de l'Ouest | Robert Siodmak |
| 1966 | Dirty Dozen (The) Les Douze salopards | Robert Aldrich |
| 1967 | Hour of the Gun Sept secondes en enfer | John Sturges |
| 1967 | Sbarco di Anzio (Lo) La Bataille pour Anzio | Duilio Coletti, Edward Dmytryk |
| 1967 | Un minuto per pregare, un istante per morire Une minute pour prier, une seconde pour mourir | Franco Giraldi |
| 1968 | Captain Nemo and the Underwater City Le Capitaine Nemo et la ville sous-marine | James Hill |
| 1968 | Wild Bunch (The) La Horde sauvage | Sam Peckinpah |
| 1970 | Lawman L'Homme de la loi | Michael Winner |
| 1971 | Course du lièvre à travers les champs (La) | René Clément |
| 1971 | Love Machine (The) | Jack Haley Jr. |
| 1973 | Executive Action | David Miller |
| 1973 | Iceman Cometh (The) | John Frankenheimer |
| 1973 | Lolly-Madonna XXX | Richard C. Sarafian |
| 1973 | Outfit (The) Echec à l'organisation | John Flynn |