L'attrice statunitense Robin Tunney nasce a Chicago il 19 giugno 1972 e vive i primi 18 anni della sua vita nella zona sud della città, insieme al padre, un venditore di automobili, ed alla madre, una barista, entrambi di origini irlandesi. Qui frequenta la prestigiosa Chicago Academy for Arts insieme alla compagna Lara Flynn Boyle, e trascorre l'estate recitando in alcune opere teatrali come Bus Stop e Agnes of God.
Appena diciottenne si trasferisce a Los Angeles ed in breve tempo comincia ad ottenere alcuni ruoli televisivi: la prima apparizione risale al 1989 con la serie Life goes on, a cui seguono Class of 96, Low & Order, Dream on e la mini-serie J.F.K.: Reckless Youth. Nel 1995 prende parte al suo primo film di un certo rilievo, Empire Records, nel quale, per esigenze di copione, è costretta a rasarsi completamente la testa, tanto che nel successivo Giovani streghe (1996) si ritrova a dover indossare una parrucca.
Tra le apparizioni sul grande schermo ricordiamo la sua interpretazione di Laura Parish nel film The Zodiac di Alexander Bulkley (2005). Nel 2006 lavora invece con Allen Coulter per la realizzazione del film Hollywoodland dove ha interpretato la parte di Leonore Lemmon. Nel 1997 le giunge il riconoscimento della Coppa Volpi per la migliore interpretazione femminile grazie al film di Bob Gosse, Niagara, Niagara, regista con cui è stata sposata dall'ottobre del 1997 fino al gennaio 2006.
Ha partecipato anche alle prime due stagioni della fortunata serie Prison Break e, più recentemente, ha recitato nel ruolo dell'ispettore Teresa Lisbon nella serie The Mentalist (2008).
Il 15 novembre 2007 ha convolato a nozze per la seconda volta con Andrew Dominik.
1997 Premio Miglior sequenza di combattimento per Giovani streghe
2015 Candidatura Migliore attrice in una serie crime
1998 Candidatura Miglior attore o attrice esordiente per Niagara, Niagara
2006 Recitazione
2004 Recitazione
2003 Recitazione
2000 Recitazione