Tunney Chicagóban született és nevelkedett. Apja autókereskedő, anyja csapos. Apja Írországból emigrált, anyja első generációs ír-amerikai. 1990-ben végzett a Carl Sandburg Középiskolában, majd a Chicagói Művészeti Akadémián színészetet tanult. Vallása római katolikus.
Tizennyolc évesen Los Angelesbe költözött, ahol az 1990-es évek első felében jellemzően tévésorozatokban játszott. Első jelentősebb sikerét A zenebirodalom visszavág című film öngyilkos hajlamú tinédzsereként érte el 1995-ben. A szerep kedvéért kopaszra vágatta haját. Következő szerepét az 1996-os Bűvöletben kapta, melyben ifjú boszorkányt alakított Fairuza Balk, Rachel True és Neve Campbell mellett.
2000-ben a #59 lett a Maxim magazin a világ 100 legszexisebb nője listán.[1] Egy évvel később a Maxim 2001-es "100 legdögösebb nője" szavazásán a 81. helyre sorolták. 2004-ben részt vett a Magyarországon is sikerrel vetített Doktor House című sorozat próbaepizódjában, mint vendégszínész és House első betege.
2006. június 28-án Tunney a Bravo Celeb Póker sorozatának nyolcadik évadjában az ötödik asztalon nyert, összességében pedig második helyezést ért el. Robin ezt követően a Gyermekek Egészségéért alapítvány javára ajánlotta fel a nyereményét, nem kevesebb, mint 200 ezer dollárt. Augusztusban Tunney részt vett a World Series of Poker nevezetű póker játszmában is, ahol a nevezési díját egy online cég fedezte számára.
1997-ben Tunney összeházasodott a producer-rendező Bob Gosse-szal.[5] 2002-től külön éltek, majd 2006-ban elvált. Ezután 2009 és 2010 között eljegyezte Andrew Dominik ausztrál írót és rendezőt.[6] Később 2012. december 25-én jegyezte el Nicky Marmetet Rió de Janeiro-i nyaralás közben.[7] A párnak két gyermeke született: Oscar Holly Marmet (2016), Colette Kathleen (2020).[8][9]
