Robert Preston, celým jménem Robert Preston Meservey, vyrůstal v Los Angeles, kde studoval Abraham Lincoln High School a navštěvoval kurzy herectví v Pasadeně. Po dovršení šestnácti let odešel k divadelní kočovné společnosti. V roce 1938 podepsal první smlouvu s filmovou společností Paramount Pictures. Po vypuknutí 2. světové války nastoupil do armády k letecké zpravodajské službě.
V polovině padesátých let se Preston přesunul do New Yorku, kde začal působit s velkým úspěchem v divadelních představeních na Broadwayi. Proslavila ho role Harolda Hilla v hudební hře „The Music Man“, za kterou obdržel cenu Tony (1957). Jeho hudební a pěvecké nadání se osvědčilo v dalších úspěšných muzikálech, nelze pominout „Lev v zimě“ (1966), „Jsem to já! Já!“ (1966 – další cena Tony), „Mack a Mabel“ (1974 – nominace Tony), „Victor/Victorie“ (1981).
Robert Preston své soukromí chránil před veřejností. V roce 1940 se oženil s herečkou Catherine Craig, se kterou byl ženatý až do své smrti – celkem 47 let. Zemřel v 68 letech na rakovinu plic.