Robert Lowell a grandi dans une famille aisée et influente de la haute société bostonienne, issue du puritanisme. Son père était un homme d'affaires prospère qui avait servi comme secrétaire au Trésor sous Franklin D. Roosevelt. Sa mère, Patricia Ames, était la fille d'un avocat et d'une femme de lettres. Il a passé une partie de son enfance à Londres, où il fut scolarisé au Harrow School.
Lowell a étudié le droit à Harvard, mais il se tourna finalement vers l'écriture. En 1943, il publia son premier recueil de poèmes, "Land of Unlikeness". Durant la guerre, il servit dans l'armée américaine et participa aux débarquements du Normandie. Après la guerre, Lowell se convertit au catholicisme, mais il abandonna la foi peu après.
Dans les années 1950, Lowell devint l'un des principaux poètes de la génération de poètes new-yorkais, qui inclut également Theodore Roethke et John Berryman. Son œuvre est marquée par une grande sensibilité à la politique et à la culture de son époque, ainsi qu'une profonde introspection personnelle.
En 1954, Lowell publia "Life Studies", un recueil de poèmes qui reflétait sa propre vie familiale trouble. Ce livre fut controversé pour ses thèmes autobiographiques et son style direct et brut. Il marqua une étape importante dans la carrière de Lowell, qui alla ensuite publier plusieurs autres livres remarquables, dont "For the Union Dead" (1960), "Notebook 1967-1968" (1969) et "Day by Day" (1977).
Lowell a également enseigné à plusieurs universités renommées, notamment Harvard, Columbia, Bread Loaf School of English et l'université Yale. Il a reçu de nombreux prix littéraires prestigieux, dont le Prix Pulitzer pour la poésie et le Prix national des arts.
Robert Lowell est mort d'une crise cardiaque en 1977 à l'âge de 60 ans. Ses œuvres ont eu une grande influence sur la génération suivante de poètes, notamment Anne Sexton et Sylvia Plath, qui lui étaient amies et collaboratrices.