Darin naît dans un milieu populaire du Bronx à New York. Son père décède quelques mois avant sa naissance, pendant la Grande Dépression.
Sa mère dut recourir à l'assistance sociale pour s'occuper de son fils. Ce n'est qu'une fois adulte qu'il apprit qu'il avait été élevé par sa grand-mère, et non sa mère, et que la personne qu'il pensait être sa sœur (Nina, son aînée de 19 ans) était en fait sa mère. L'identité de son vrai père n'a jamais été révélée publiquement. Cette histoire familiale l'affecta et il souffrit de solitude après avoir pris connaissance de ce passé.
À huit ans, enfant fragile, vivant chichement, il fut atteint de rhumatisme articulaire aigu. Cette maladie le laissa avec un cœur fragilisé et la conscience de l'imminence de sa propre fin. Pauvre et malade, il consacra le peu qu'il devait vivre à son goût pour la musique. Si bien qu'à l'adolescence il pouvait jouer de plusieurs instruments.
Étudiant brillant au secondaire (Bronx), Darin put étudier au supérieur grâce à l'obtention d'une bourse d'excellence. Mais désireux de commencer une carrière dans une grande salle de New York, il quitta le collège et joua dans des petites boîtes avec un groupe.
Afin de trouver un nom plus commercial aux oreilles américaines, il changea son nom et en 1956, son agent négocia un contrat avec Decca où Bill Haley avait explosé en termes de ventes, mais le rock 'n' roll n'en était qu'à ses balbutiements et le nombre de musiciens professionnels de ce genre était limité. Comme d'autres producteurs, Darin, inconnu, était au début prisonnier, contraint d'enregistrer des variétés sans saveur à la demande des maisons de disques.
Il quitta alors Decca en signant avec Atlantic Records, où il écrivit et arrangea pour lui-même et d'autres. En 1958, après des albums médiocres sa carrière jaillit avec la sortie de sa seule chanson rock : Splish Splash. Instantanément, elle devint un succès et influença nombre d'autres rockeurs à venir.
En 1959, il enregistra Dream Lover, une ballade qui engendra des revenus importants. Le succès financier lui permit d'exiger davantage de contrôle créatif et malgré les objections de l'entourage de laisser mûrir toute la diversité de son talent.
Afin de ne pas perdre de temps, Darin s'intéressa aux bandes originales de films. Il écrivit le générique de nombreux films et y joua aussi. L'un de ces films, destiné à son public de prédilection, les jeunes adultes, était joué avec Sandra Dee qu'il épousa en 1960 et dont il eut un fils.
Mais en quête de reconnaissance, il s'engagea dans des interprétations plus consistantes et obtint le Golden Globe Award en 1962 de l'« acteur le plus prometteur », pour son rôle dans Pressure Point.
Dans les années soixante, il se fit voir de nombreuses fois aux casinos de Las Vegas et s'engagea publiquement dans la campagne présidentielle en faveur de Robert Kennedy.
Au début des années 1970, il continua de jouer et d'enregistrer, notamment avec la Motown Records. En 1971, il subit sa première opération cardiaque destinée à corriger certains dysfonctionnements datant de son enfance. En 1972, il semblait suffisamment remis pour conduire son propre programme de variétés sur NBC. Celui-ci dura deux ans, puis les problèmes de santé le contraignirent à arrêter.
Le , alors qu'il subissait une nouvelle opération cardiaque, Darin mourut. Conformément à sa volonté, son corps fut donné à la science pour la recherche médicale à l'UCLA[1].
En 2000, l'acteur Kevin Spacey, admirateur de Darin, acheta les droits cinématographiques de son histoire. Spacey dirigea et produisit le film. Il joua lui-même Bobby Darin ; quatre ans plus tard, le film sortit sous le titre Beyond the Sea (La Mer), l'un des tubes de Darin. Le film a été présenté au Festival international du film de Toronto.
