Robert Francis Vaughn nació el 22 de noviembre de 1932 en el Hospital de la Caridad de Nueva York, hijo de los padres del mundo del espectáculo, Marcella Frances (Gaudel) y Gerald Walter Vaughn. Su padre era actor de radio y su madre protagonizaba el escenario. Robert llamó la atención del público primero con su papel nominado al Oscar, en La ciudad frente a mí (1959). Al año siguiente, fue uno de los siete del clásico occidental Los siete magníficos (1960). A pesar de estar en películas tan populares, generalmente encontró trabajo en la televisión. Apareció más de 200 veces en papeles de invitado desde finales de los años 50 hasta principios de los 60. Fue en 1963 cuando recibió su primer papel importante en El teniente (1963). Robert tomó el papel con la intención de hacer la transición de ser un actor invitado a ser co-estrella en la televisión. Fue gracias a su trabajo en esta serie que el productor Norman Felton le ofreció el papel de Napoleón Solo en El agente de CIPOL (1964).

Cuatro años extremadamente exitosos (1964-68) siguieron a medida que la serie se convirtió en una de las series de televisión más populares de la década de 1960. Vaughn se convirtió en una estrella internacional de la televisión, pero él quería embarcarse en una carrera en el cine, y lo hizo poco después de que la serie terminara en 1968, co-protagonizando Bullit (1968) con Steve McQueen. Actualmente trabajando a tiempo completo en el cine, protagonizó El puente de Remagen (1969) y La mente del Sr. Soames (1970), antes de cambiar su vida al regresar a la televisión, esta vez en Inglaterra. Ocupó un papel protagónico en la serie Los protectores (1972) y permaneció en Inglaterra durante la primera mitad de los años setenta. Regresó a los Estados Unidos a mediados de la década de 1970 y se embarcó en una exitosa carrera de roles de miniserie de televisión que le llevó a recibir un premio Emmy en 1978 por Washington: Behind Closed Doors (1977) y una nominación al año siguiente por Backstairs at the White House (1979).

Los años setenta fueron un tiempo importante en la vida de Robert, ya que en 1974 se casó con la actriz Linda Staab, y completó su tesis sobre la lista negra de Hollywood durante la era McCarthy "Red Scare", publicada en 1972 como "Only Victims: A Study of Show Business Blacklisting". Durante los años 80, mezcló la televisión con el cine. Roles en películas como S. O. B. Sois Honrados Bandidos (1981), Superman III (1983), Delta Force (1986) y Luna negra (1986). En televisión, participó en numerosas series de éxito, entre las que destacan El equipo A (1983) y Escándalo en la Marina (1983).

Continuó con una diversa gama de proyectos, apareciendo en escena en numerosas ocasiones. En la década de 1990 se observó la misma variedad de roles. Las películas hechas para televisión fueron una opción popular para él, así como series como As the World Turns (1956), La niñera (1993) y Ley y orden (1990). Participó en el remake de la serie de 1998 de la película clásica en la que apareció, Los siete magníficos (1998). También apareció en largometrajes importantes como Joe's Apartment (1996) y Baseketball (1998), y en papeles más pequeños en años posteriores.

Robert murió de leucemia aguda el 11 de noviembre de 2016 en Ridgefield, Connecticut. Su último crédito actuante, Gold Star (2016), fue liberado el año de su muerte.

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