A carreira de Trujillo começou quando ele conheceu Mike Muir e Rocky George da banda Suicidal Tendencies. Ele mostrou que sabe dançar como um sibang com bom domínio do contrabaixo e tocou com o grupo por um período considerável. Seu estilo e talento foram apreciados pela banda que o levou como baixista. Na década de noventa Muir e Trujillo começaram o funk rock, com a banda ''Infectious Grooves''. Robert foi baixista do grupo durante vários anos até que ele deixou a banda, e se juntou com Ozzy Osbourne. Lá ele permaneceu até 2003, quando foi convidado para participar da grande e famosa banda de thrash metal estadunidense, Metallica. A banda não era desconhecida para Trujillo. Ele a conheceu antes, quando sua banda estava abrindo um show do Metallica, em 1994 no Summer Shad Tour.
Ao entrar no Metallica, foi-lhe oferecida a quantia de US$ 1.000.000. Segundo Lars Ulrich, ele queria mostrar o quão boa era a presença de Robert no grupo. Apesar de participar da versão em DVD de St. Anger, quem gravou o baixo no disco foi Bob Rock, que também foi o produtor e engenheiro de áudio do álbum.
Com o Metallica ele costuma ser visto mais frequentemente tocando um baixoFernandes Gravity, de 5 cordas, em especial um modelo com um acabamento de prata, com decalques de azul flamejante, e captadoresEMG. Em 2010, passou a usar também um modelo com sua assinatura, o Streamer Robert Trujillo, da alemã Warwick, em versões de 4 e 5 cordas. Também tem outro baixo customizado com sua assinatura, o Sonus RT, manufacturado pela Zon Guitars. Antes do Metallica, era mais visto tocando baixos das marcas Tobias, ESP e Musicman (todos de 5 cordas), bem como um FenderPrecision Bass, ao tocar com o Black Label Society e Ozzy Osbourne. Trujillo também foi visto recentemente em shows tocando um Yamaha TRB5-P2 de 5 cordas, um Rickenbacker 4001/4003 verde de 4 cordas, customizado, com captadores EMG; além de modelos clássicos Precision Bass e Jazz Bass, ambos da Fender. Para a amplificação, usa amplificadores e caixas da Ampeg. Trujillo também colaborou recentemente com Jim Dunlop para criar suas próprias cordas: a série Icon, de aço inoxidável, nas espessuras 45-130 (5 cordas). Trujillo usa um pedal de wah wahMark Tremonti, da Morley, em canções como "For Whom the Bell Tolls", "The Call of Ktulu" e "Orion".
De acordo com um artigo publicado recentemente na revista Bass Player[1] a pedaleira de Trujillo consiste de um Electro Harmonix Q-Tron, um SansAmp Bass Driver DI, um Sansamp XXL e um Boss OC-2.