Robin Alan Thicke naît le 10 mars 1977 à Los Angeles. Il grandit entre un père acteur, compositeur et producteur canadien, Alan Thicke et une mère chanteuse, Gloria Loring. Très jeune il côtoie le monde du showbiz et à quatorze ans, Robin, qui imite déjà à la perfection Michael Jackson et Stevie Wonder, monte son groupe et chante dans les églises.
Précoce, Robin se lance à 16 ans comme producteur et auteur. Il devient parolier et collabore avec de nombreuses célébrités comme Michael Jackson, Pink, Christina Aguilera, Marc Anthony… Mais à force de côtoyer ces artistes, l’envie lui vient de goûter lui aussi aux joies de la célébrité. En 2002 il sort son premier single When I Get You Alone tiré de son album Cherry Blue Skies (qui ressort en 2003 sous le nom A Beautiful World). Le succès est mitigé. Si l’Australie ou encore la Nouvelle-Zélande semblent réceptifs à sa musique, ce n’est pas le cas des Etats-Unis qui boudent l’album.
Le chanteur ne se décourage pas et commence à travailler à un deuxième opus intitulé The Evolution of Robin Thicke. Pour le premier single, Wanna Love U Girl (2005) il fait appel au célèbre producteur Pharrell Williams. Les débuts sont prometteurs, mais c’est avec le deuxième single Lost Without U (2006), qui accompagne la sortie de l’album, que les ventes décollent. Au final The Evolution of Robin Thicke devient n°1 des classements R&B et n°5 des ventes générales.
Après de nombreux concerts – il a notamment assuré la première partie de la tournée américaine de Beyoncé – Robin se remet au travail pour sortir son troisième album, Something Else, en septembre 2008. Le succès est de nouveau au rendez-vous, le disque se vend à près de 500 000 exemplaires aux Etats-Unis.
Son cinquième album, Love After War, sort fin 2011. Pour ce disque, Robin décide d’aborder des thèmes plus personnels, mais le public ne suit pas et les ventes sont décevantes. Ce passage à vide va vite être oublié grâce à la sortie, en mars 2013, du single Blurred Lines qui précède dans les bacs l’album du même nom. La musique efficace et le clip très hot – plusieurs mannequins largement dévêtues, dont Emily Ratajkowski, déambulent aux cotés de Robin, Pharrell Williams et du rappeur T.I. – font de Blurred Lines le plus gros succès du chanteur.
Côté vie privée, Robin a été marié à l’actrice Paula Patton (2005–2014). Le couple a un fils, Julian, né en avril 2010. En 2014, il rencontre le mannequin April Love Geary. En août 2017, le couple annonce la grossesse du mannequin. Le 22 février 2018, Robin Thicke annonce la naissance de sa fille Mia. En août, April Love annonce qu'elle est à nouveau enceinte, la naissance est prévue pour mars 2019. Le 24 décembre 2018, le couple annonce ses fiançailles sur les réseaux sociaux. Le 26 février 2019, le couple donne naissance à une fille prénommée Lola. Le 12 décembre 2020, April Love Geary annonce la naissance de leur troisième enfant, un garçon prénommé Luca Patrick.