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Rob Morrow commence sa carrière de comédien dans les années 80 avec de petites apparitions dans des séries comme Fame ou Monsters. Très vite, le succès le rattrape grâce à la série plusieurs fois récompensée Bienvenue en Alaska (Northern Exposure) en 1990. Il y joue le Dr Joel Fleishman, un médecin fraîchement diplômé envoyé en Alaska. Son interprétation lui vaudra trois nominations aux Golden Globes et deux nominations aux Emmy Awards.
Parallèlement, Rob se fait connaître en tant que réalisateur dès 1993 avec le film The Silent Alarm. En 2000, il va plus loin en écrivant le scénario, réalisant et produisant son film Maze. Depuis, il multiplie les réalisations d’épisodes de série télé, comme Oz ou Le Monde de Joan.
Sa carrière d’acteur connaît un nouvel essor avec la série Street Time(it) en 2002, dont il tient un des rôles principaux et réalise quelques épisodes. Celle-ci raconte le quotidien des policiers chargés des libertés conditionnelles. Après une première saison satisfaisante, elle est arrêtée après le démarrage de la seconde.
En 2004, Rob Morrow participe dès son lancement à la série policière Numb3rs, produite par Ridley Scott et Tony Scott. Il s’agit de l’histoire d’un agent du FBI joué par Rob, dont le frère est un génie des mathématiques. Ce dernier l’aide à résoudre ses enquêtes grâce à des calculs scientifiques. À l’occasion, il arrive à Rob de réaliser certains épisodes.
