Conocido por su papel en la serie de Nickelodeon True Jackson, VP, Picture This, y como Fred Jones en la película de televisión Scooby-Doo! The Mystery Begins y Scooby Doo!: La maldición del Monstruo del Lago. También actuó en la película The Duff en 2015 y actuó en Resident Evil en 2021.

Tuvo un papel regular en la serie de Nickelodeon True Jackson, VP como el sobrino de Max Madigan, Jimmy, e interés amoroso de True. Amell aparecerá en la película de comedia Seeing is Believing, interpretando a uno de los tres personajes principales, Nick Wright, la producción comenzó el 3 de mayo de 2010, y terminó el 1 de julio. La película se estrenó el 14 de enero de 2011. Amell se unirá a la tercera temporada de la serie juvenil Pretty Little Liars como Eric, hermano de Noel.

En febrero del 2013 se anunció que Robbie se había unido al elenco de la nueva serie The Tomorrow People donde interpretará a Stephen, un joven atormentado que sólo quiere ser normal pero que se siente aliviado cuando descubre que es parte de un grupo de jóvenes genéticamente superiores al resto.​ Fue elegido para interpretar de forma recurrente a Ronnie Raymond, el prometido de Caitlin Snow (Danielle Panabaker) en The Flash, serie derivada de Arrow.