Robert Carlyle dorastał w dzielnicy Glasgow - Maryhill, w Szkocji. Wychowywał go ojciec Joseph, gdyż matka Roberta (Liz McDonald) zostawiła go, gdy miał tylko 4 lata. W wieku 17 lat pracował jako rzeźnik. W wieku 21 lat, po przeczytaniu "The Crucible" Arthur Millera, rozpoczął naukę aktorstwa w Glasgow Arts Centre. W 1991 roku, wspólnie z czwórką innych aktorów, założył zespół teatralny "Raindog" (nazwany tak na cześć albumu "Rain Dog" Tom Waitsa, jednego z ulubionych albumów Carlyle'a). 28 grudnia 1997 roku Robert poślubił charakteryzatorkę, Anastasię Shirley, z którą ma troje dzieci: córkę Avę (ur. w 2002 roku) i dwóch synów, Harveya (ur. w 2004 roku) i Pearce'a Josepha (ur. w 2006 roku). W 1999 roku Carlyle został uhonorowany orderem OBE (Officer of the Order of the British Empire) za swoje zasługi dla dramatu. W 2006 roku zmarł ojciec Roberta, który został pochowany w Maryhill (Glasgow).