Phoenix Suns (2008-2012)Edit
López fue seleccionado con la 15ª elección global por los Phoenix Suns en el draft de la NBA de 2008. Después de ser reclutado por los Suns, López dijo: «Esperaba que cayera. Creo que era la única persona del draft que esperaba que cayera»
López se unió a un equipo de los Suns que ya contaba con uno de los mejores pívots de todos los tiempos en Shaquille O’Neal, por lo que no se esperaba que tuviera muchos minutos durante su temporada de novato. Fue titular por primera vez en su carrera el 7 de noviembre de 2008, contra los Chicago Bulls en lugar del lesionado O’Neal; jugó 30 minutos, anotó 14 puntos, capturó 7 rebotes y puso 2 tapones. En su temporada de novato, López sólo vio una media de 10,2 minutos por partido, con 3,2 puntos y 2 rebotes. Al final de la temporada, Shaq fue traspasado a los Cleveland Cavaliers, lo que convirtió a López en el pívot titular asumido.
López con los Suns en enero de 2011
Durante la temporada regular 2009-10, López promedió 8,4 puntos, 4,9 rebotes y 1,0 tapones por partido. Durante el final de la temporada, sin embargo, López se lesionó, y fue sustituido por Jarron Collins hasta las Finales de la Conferencia Oeste contra Los Ángeles Lakers, donde los Suns acabaron perdiendo, 4 partidos a 2.
Después de la temporada 2009-10, López entró en un gran declive, a pesar de ser titular y jugar más partidos. Durante diciembre de 2010, se lesionó de nuevo, y fue sustituido temporalmente por Earl Barron. Esto eventualmente resultó en la disminución de la producción de López, lo que obligó a los Suns a negociar por Marcin Gortat. Aunque López seguía siendo titular en los Suns, sus estadísticas disminuían rápidamente, mientras que las de Gortat mejoraban. Esto obligó a López a volver a ser un jugador de banquillo. Robin López promediaría 6,4 puntos y 3,2 rebotes a una media de 14,8 minutos por partido.
En la acortada temporada 2011-12 de la NBA, López ni siquiera produciría una sola titularidad para los Suns. Debido al aumento de la producción de Gortat en el centro, López se vio obligado a convertirse en un centro de respaldo una vez más. Allí promedió 5,4 puntos con una media de 14 minutos por partido.
New Orleans Hornets (2012-2013)
El 27 de julio de 2012, los New Orleans Hornets adquirieron a López en un sign-and-trade desde los Phoenix Suns. Fue durante este tiempo que López produciría sus mejores resultados hasta el momento, siendo titular en todos los partidos de la temporada y ganando nuevos máximos de carrera en casi todos los campos en el proceso.
Portland Trail Blazers (2013-2015)Edit
El 10 de julio de 2013, Nueva Orleans cambió a López a los Portland Trail Blazers como parte de un comercio a tres bandas que también involucró a los Sacramento Kings. En su primera temporada con los Trail Blazers, registró 29 dobles-dobles y estableció el récord de rebotes ofensivos de la franquicia en una sola temporada.
Debido a su presencia en la comunidad de Portland, así como su estilo de juego consistente y de cuello azul, López fue un favorito de los fans entre los fieles de Portland. Fue honrado con el Premio Maurice Lucas en marzo de 2014 por sus esfuerzos en su campaña de alfabetización «Read Big» con las escuelas públicas de Portland.
El 16 de diciembre de 2014, López fue descartado por un mes después de romperse la mano contra San Antonio la noche anterior.
New York Knicks (2015-2016)Edit
El 9 de julio de 2015, López firmó con los New York Knicks. En febrero de 2016, López tuvo dos partidos de 26 puntos y 16 rebotes, ambos máximos de temporada. El 20 de marzo de 2016, registró 23 puntos y un récord de carrera de 20 rebotes en una derrota por 88-80 ante los Sacramento Kings.
Chicago Bulls (2016-2019)Edit
El 22 de junio de 2016, López fue traspasado, junto con José Calderón y Jerian Grant, a los Chicago Bulls a cambio de Derrick Rose, Justin Holiday y una selección de segunda ronda del draft de 2017. El 17 de marzo de 2017, anotó un máximo de temporada de 25 puntos en una derrota por 112-107 ante los Washington Wizards.
Milwaukee Bucks (2019-2020)Edit
El 12 de julio de 2019, López firmó con los Milwaukee Bucks, lo que lo puso en el mismo equipo de la NBA que su hermano.
Washington Wizards (2020-actualidad)Edit
El 22 de noviembre de 2020, López firmó con los Washington Wizards.