Il est surtout connu pour ses films "Cinq Pièces faciles" (1970), pour lequel il a reçu plusieurs nominations aux Oscars, "The King of Marvin Gardens" (1972) et "Le Facteur sonne toujours deux fois" (1981). Bob Rafelson a également produit le film "Easy Rider". Au cours de sa carrière, il a eu de fréquents affrontements avec l'establishment hollywoodien tout en travaillant sur des projets innovants.