Geboren als Sohn zweier Schauspieler in Los Angeles, wurde Robin Thicke der Weg in die Film- und Musikbranche schon früh geebnet. Sein Vater Alan Thicke war Star in der beliebten Sitcom "Unser lautes Heim" und verschaffte seinem Sohn mit 12 Jahren eine Gastrolle in der Serie. Dennoch entschied sich der junge Robin bald gegen eine Karriere als Schauspieler und wechselte in die Musikbranche, nachdem er schon mit 16 einen Plattenvertrag angeboten bekam.
1996 war Robin Thicke als Sänger erstmals auf dem Soundtrack von Demi Moores "Striptease" zu hören, in der Folge war er jedoch hauptsächlich als Songwriter für Künstler wie Michael Jackson, Usher, Christina Aguilera und Pink tätig. Sein erstes eigenes Studioalbum veröffentlichte der smarte Kalifornier vier Jahre später. Den kommerziellen Durchbruch konnte er jedoch mit seinem zweiten Album "The Evolution of Robin Thicke" in seinem Steckbrief vermerken.
Seit mehreren Jahren arbeitet Thicke mit US-Rapper, Produzent und Songwriter Pharrell Williams zusammen, mit dem er 2013 den Sommerhit des Jahres rausbrachte: "Blurred Lines". Der Song schaffte es in zahlreichen Ländern auf Platz eins der Charts und bedeutete den kommerziell größten Erfolg für den Sänger. 2007 trat der Frauenschwarm auch erstmals wieder vor die Filmkamera und übernahm eine Rolle im Tanzfilm "Stomp the Yard" an der Seite von Ne-Yo. Mit seiner Frau Paula Patton ist Robin Thicke bereits seit 2005 verheiratet, die beiden haben einen gemeinsamen Sohn.