Robert Motherwell nasce ad Aberdeen, Washington (USA), il 4 gennaio 1915. A undici anni vince una borsa di studio dell'Otis Art Institute di Los Angeles, e nel 1932 studia pittura per un breve periodo alla California School of Fine Arts di San Francisco. Nel 1937 conclude gli studi alla Stanford University e nello stesso anno si iscrive a un corso di specializzazione alla facoltà di filosofia della Harvard University di Cambridge, Massachusetts. Nel 1938 compie un viaggio di studio in Europa della durata di un anno. Nel 1939 tiene la prima personale alla Raymond Duncan Gallery di Parigi.

Nel settembre del 1940 di stabilisce a New York e frequenta la Columbia University, dove studia storia dell'arte con Meyer Schapiro, che lo sprona a dedicarsi alla pittura. Nel 1941 compie un viaggio di sei mesi in Messico con Roberto Matta. Tornato a New York, la sua cerchia di amici comprende William Baziotes, Jackson Pollock, Willem de Kooning e Hans Hofmann. Nel 1942 partecipa alla mostra “First Papers of Surrealism” alla Whitelaw Reid Mansion di New York. Cura la pubblicazione dei volumi The Documents of Modern Art, iniziata nel 1944, e da allora contribuisce spesso alla letteratura sull’arte moderna.

Nel 1944 Peggy Guggenheim gli dedica una personale nella sua galleria-museo Art of This Century. Nel 1946 diventa amico di Mark Rothko, Barnett Newman ed Herbert Ferber, e passa la sua prima estate a East Hampton, Long Island. Nello stesso anno espone all'Arts Club of Chicago e al San Francisco Museum of Art, e partecipa alla rassegna “Fourteen Americans” organizzata dal Museum of Modern Art di New York. In seguito insegna, tiene diverse conferenze negli Stati Uniti ed espone molto, sia negli Stati Uniti che all'estero. Dal 1956 passa l'estate a Provincetown, Massachusetts. Nel 1976-77 ha luogo una sua mostra alla Städtische Kunsthalle di Düsseldorf, al Museum des 20. Jahrhunderts di Vienna e al Musée d'Art Moderne de la Ville de Paris. Nel 1978 la Royal Academy di Londra e la National Gallery of Art di Washington organizzano sue importanti personali. L'Albright-Knox Art Gallery di Buffalo organizza una sua retrospettiva itinerante negli Stati Uniti dal 1983 al 1985. Motherwell muore il 16 luglio 1991 a Cape Cod, Massachusetts.