Дебютировала в кино в 2005 году. В 2009 году Робин сыграла роль Лолы в фильме режиссера Шона Бирна «Любимые» (The Loved Ones). В вестерн-драме «Ад на колесах» (Hell on Wheels) МакЛиви снялась в двух сезонах, исполнив роль загадочной татуированной Евы. Кстати, история Евы основана на реальных событиях.
В феврале 2011 года "The Hollywood Reporter" сообщил, что две леди, Мэри Элизабет Уинстед и австралийская актриса Робин МакЛиви, рассматриваются на главную женскую роль в картине «Авраам Линкольн: охотник на вампиров». Но вскоре стало известно, что Робин МакЛиви заполучила роль Мэри Тодд, сначала пассии, а в дальнейшем и жены Линкольна в ожидаемом фильме. В сценарии этот женский образ описывается так: миниатюрная 20-летняя брюнетка. МакЛиви оказалась на самом деле гораздо красивее, чем ее прообраз. Премьера фильма состоялась 18 июня 2012 года.