2歳のときに芸術家の両親が離婚、ニューヨークのイタリア人街で母親に育てられる。16歳で高校を退学してステラ・アドラーやリー・ストラスバーグのもとで演技を学び、オフブロードウェイの舞台に立つ。60年代後半から映画界でも活動し、ブライアン・デ・パルマ作品などに出演。1973年の「ミーン・ストリート」で監督のマーティン・スコセッシとともに注目を集め、「ゴッドファーザー PART II」(74)でビトー・コルレオーネの青年時代を演じ、アカデミー賞助演男優賞を受賞する。再びスコセッシと組んだ「タクシードライバー」(76)で同主演賞にノミネートされ、「レイジング・ブル」(80)で受賞。同作のため体重を27キロ増量するなど、徹底した役作りから“デ・ニーロ・アプローチ”という言葉も生み出された。スコセッシとのタッグ作「グッドフェローズ」(90)、「ケープ・フィアー」(91)、「カジノ」(95)はいずれも高く評価された。12年には「世界にひとつのプレイブック」で、アカデミー助演男優賞にノミネートされた。その他の近年の主な出演作は、「マイ・インターン」(15)、「ダーティ・グランパ」(16)、「ジョーカー」「アイリッシュマン」(ともに19)など。93年に初監督作「ブロンクス物語愛につつまれた街」を発表し、06年に監督2作目の「グッド・シェパード」が公開された。