Robin Tunney, 19 Haziran 1972 tarihinde Chicago, Illinois’te dünyaya geldi. Orland Park’ta büyüyen oyuncunun babası Patrick Tunney, İrlanda’nın Mayo Kontluğu’ndan göç etmiş bir araba satıcısı, annesi Cathy ise barmendir. Katolik bir ailede yetişen Tunney, Chicago Belediye Meclisi Üyesi Tom Tunney’nin kuzenidir. Oyunculuğa lise yıllarında ilgi duymaya başladı. 1990 yılında Carl Sandburg Lisesi’nden mezun olduktan sonra Chicago Sanat Akademisi’nde tiyatro eğitimi aldı. Bus Stop ve Agnes of God gibi oyunlarda sahneye çıktıktan sonra profesyonel oyunculuk kariyerine başlamak için Los Angeles’a taşındı.

Televizyon kariyerine Law & Order, Life Goes On ve Dream On gibi dizilerde konuk oyuncu olarak başladı. Sinemadaki ilk deneyimini Encino Man (1992) ile yaşadı. Empire Records (1995) filminde canlandırdığı Debra karakteriyle dikkat çekti; rolü için saçlarını kazıttı. Ardından The Craft (1996) filminde telekinetik güçlere sahip Sarah Bailey karakterini canlandırdı. Fairuza Balk, Neve Campbell ve Rachel True ile başrolleri paylaştığı film, zamanla kült bir gençlik klasiğine dönüştü. Tunney, performansıyla MTV Film Ödülleri’nde En İyi Dövüş ödülünü kazandı. 1997 yapımı Niagara, Niagara filmindeki performansıyla Venedik Film Festivali’nde En İyi Kadın Oyuncu Volpi Kupası’na layık görüldü.

Hollywood kariyerinde End of Days (1999) filminde Arnold Schwarzenegger ile, Vertical Limit (2000) filminde ise K2 Dağı’nda mahsur kalan Annie Garrett karakteriyle izleyici karşısına çıktı. Ayrıca Supernova (2000), The Secret Lives of Dentists (2002) ve Hollywoodland (2006) gibi yapımlarda rol aldı. Televizyonda Prison Break (2005-2006) dizisinde avukat Veronica Donovan’ı canlandırdı. En uzun soluklu ve tanınmış rollerinden birini ise The Mentalist (2008-2015) dizisinde Ajan Teresa Lisbon karakteriyle üstlendi. Simon Baker’ın canlandırdığı Patrick Jane ile ekran uyumu, dizinin başarısına katkı sağladı.

Tunney, oyunculuğunun yanı sıra poker turnuvalarına da katıldı. 2006 yılında Celebrity Poker Showdown turnuvasında ikinci oldu ve kazandığı 200.000 doları Çocuk Sağlığı Fonu’na (Children’s Health Fund) bağışladı. Aynı yıl Dünya Poker Serisi’nde de yarıştı. Özel hayatında 1997 yılında yönetmen Bob Gosse ile evlendi ve çift 2006 yılında boşandı. 2009-2010 yılları arasında yönetmen Andrew Dominik ile nişanlı kaldı. Aralık 2012’de iç mimar ve tasarımcı Nicky Marmet ile nişanlanan oyuncunun bu birliktelikten Oscar Holly adında bir oğlu ve Colette Kathleen adında bir kızı vardır. Tunney, ilerleyen yıllarda Looking Glass ve Horse Girl gibi bağımsız yapımlarda da rol aldı.