Mitchum es recordado principalmente por sus papeles como protagonista en algunas de las obras más importantes del género conocido como cine negro.

Asimismo, se le considera un precursor del antihéroe prevaleciente en el cine de los años cincuenta y sesenta.

Tras ser expulsado de la High School, no volvió a casa y prefirió recorrer otros rumbos.

Viajó por todo el país como polizón en vagones de ferrocarril y se mantuvo con trabajos ocasionales: desde cavar zanjas a incluso boxear profesionalmente.

En esta época se dice que un combate de boxeo le dejó como secuela un ojo vago y su característica mirada semisomnolienta.

Durante este tiempo, Mitchum trabajó como escritor fantasma para el astrólogo Carroll Righter; su hermana Julie lo convenció para unirse a la farándula teatral del lugar.

En sus años con este gremio en Long Beach, Mitchum se ganaba la vida como escenógrafo y, ocasionalmente, como actor secundario en las producciones de la compañía.

Mitchum logró por fin encontrar un empleo estable en California como operador de máquinas en la Lockheed Aircraft Corporation, pero el ruido de la maquinaria lo estaba volviendo medio sordo y además sufrió un colapso nervioso y una ceguera temporal por el estrés que sufría con ese duro trabajo.

La película, dirigida por Edward Dmytryk, logró cinco nominaciones a los Óscars de la Academia.

Mitchum interpretó a Jeff Markham, propietario de una gasolinera de una pequeña ciudad y exinvestigador, cuyo asunto inacabado con el jugador Whit Sterling (Kirk Douglas) y la mujer fatal Kathie Moffett (Jane Greer), vuelve para acosarlo.

Está considerada como una de sus mejores interpretaciones y la rivalidad con Douglas los dejó enemistados para toda la vida.

[4]​ Esta detención se convirtió en la inspiración de la película She Shoulda Said No!

En Where Danger Lives (1950), Mitchum interpretó a un médico que se interpone entre una mentalmente desequilibrada Faith Domergue y un cornudo Claude Rains.

Allison, en que interpreta un cabo infante de marina naúfrago y aislado en una isla del Pacífico solo con una monja como única compañera, la hermana Ángela (Deborah Kerr).

En este estudio de personajes, estos luchan por resistir no solo a los elementos y al ejército invasor japonés, sino la propia atracción amorosa que sienten el uno por el otro, fruto de su forzosa convivencia.

Por este papel además Mitchum fue nominado para un premio BAFTA al mejor actor extranjero.

[8]​ Thunder Road (1958), la segunda producción de DRM, se inspiraba en un incidente real en el que un conductor que transportaba alcohol ilegal se había estrellado fatalmente en Kingston Pike en Knoxville (Tennessee), entre Bearden Hill y Morrell Road.

Mitchum también coescribió (con Don Raye) la canción de la película The Ballad of Thunder Road.

La actuación de Mitchum como el violador amenazadoramente vengativo Max Cady en Cape Fear / El cabo del terror (1962) le atrajo aún más atención, pero lo encasilló en papeles de personajes cínicos y depredadores.

George C. Scott ganó el premio por su actuación en Patton, un proyecto que Mitchum había rechazado por Ryan's Daughter.

Esta serie describía los acontecimientos previos a la participación de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial.

[10]​ También interpretó al suegro de George Hazard en la miniserie Norte y Sur, que también se transmitió en ABC.

En 1987, Mitchum fue actor invitado al Saturday Night Live, donde interpretó a Philip Marlowe por última vez en el boceto de parodia «Death Be Not Deadly».

Dorothy Spence nunca se divorció de Mitchum a pesar de que su nombre estuvo asociado al escándalo y el desenfreno del mundillo hollywodense; se le conocieron publicitados affaires con Carroll Baker en Cannes, Marilyn Monroe, Rita Hayworth, Ava Gardner y Shirley McLaine, y fue llevado en varias ocasiones a los tribunales por posesión ilícita de drogas.

Mitchum coescribió y compuso la música para un oratorio que fue producido por Orson Welles en el Hollywood Bowl.

Pero él en persona era más que modesto; en una entrevista con Barry Norman para la BBC sobre su contribución al cine, Mitchum lo detuvo a la mitad y, con su típico estilo pasota, comentó: «Mira, tengo dos tipos de actuación: a caballo y sin caballo.

Su minimalismo también consiguió molestar a algunos de sus compañeros actores al expresar su perplejidad ante los que veían la profesión como un trabajo duro, complejo y desafiante.

AFI's 100 Years... 100 Stars clasifica a Mitchum como la 23.ª estrella masculina más grande del cine clásico de Hollywood.