Im wahren Leben war der Schauspieler seit 1957 mit Schauspielerkollegin Natalie Wood²⁾ (1938 – 1981) verheiratet, aber diese erste Ehe hielt zunächst nur knapp fünf Jahre bis zum April 1962. Nur wenig später ehelichte Wagner 1963 die Schauspielerin Marion Marshall³⁾, von der er sich 1970 wieder scheiden ließ; aus der Verbindung stammt die im Mai 1964 geborene Tochter Katherine. Nach der erneuten Scheidung besann sich Wagner wieder auf Natalie Wood, und die beiden heirateten am 16. Juli 1972 zum zweiten Mal; Tochter Courtney Brooke wurde im März 1974 geboren. Diese Verbindung hielt bis zu Natalie Woods tragischem Unfalltod am 29. November 1981. Die Schauspielerin fiel bei dem Versuch, ein Schlauchboot zu besteigen, ins Wasser und ertrank unter bis heute nicht eindeutig geklärten Umständen. Nach diesem Schicksalsschlag zog sich Robert Wagner für einige Zeit vom Filmgeschäft zurück, nach sporadischen Auftritten in einigen TV-Filmen kehrte er erst Anfang der 90er Jahre regelmäßig auf den Bildschirm bzw. die Leinwand zurück. Auch privat fand Robert Wagner ein neues Glück, am 27. Mai 1990 heiratete er in dritter Ehe seine Kollegin Jill St. John¹⁾, mit der er bis heute zusammen lebt. Das Paar hat drei Töchter, zwei leibliche und die Adoptivtochter Natasha Gregson Wagner¹⁾, Tochter von Natalie Wood aus deren kurzen Ehe mit dem englischen Filmproduzenten Richard Gregson.

Robert Wagner ist nach wie vor gut im Geschäft, tritt mit seinen inzwischen über 80 Jahren noch in zahlreichen Filmproduktionen und Talk-Shows auf. Das Kinopublikum konnte ihn auch in den vergangenen Jahrzehnten in verschiedensten Rollen sehen und so zählt Wagner auch heute noch zu den populären Vertretern seiner Zunft. Seine lange Karriere umfasst zahlreiche populäre Serien und Mehrteiler, beispielsweise war er in den Miniserien "Pearl Harbor" (1978) und "In 80 Tagen um die Welt"¹⁾ (1989) zu sehen. Produktionen wie die Katastrophenfilme "Flammendes Inferno"¹⁾ (1974, Towering Inferno) und "Airport '80 – Die Concorde"¹⁾ (1978) oder der Kriegsstreifen "Schlacht um Midway"¹⁾ (1975, Battle of Midway) zeigen Wagner mit prägnanten Nebenrollen.
In jüngerer Zeit sind die Bond-Persiflagen mit Mike Myers als "Austin Powers" zu nennen, in denen Wagner die "Nummer 2" mimte und mit "Das Schärfste, was Ihre Majestät zu bieten hat"¹⁾ (1997, Austin Powers: International Man of Mystery), "Spion in geheimer Missionarsstellung"¹⁾ (1999, Austin Powers: The Spy Who Shagged Me) sowie "Austin Powers in Goldständer"²⁾ (2002, Austin Powers in Goldmember) ein neues Kinopublikum gewann. 1998 besetzte John McNaughton den Star in seinem gefeierten Erotik-Thriller "Wild Things"¹⁾, ein Jahr später sah man ihn in der witzigen Krimikomödie "Verrückt in Alabama" (Crazy in Alabama) von Antonio Banderas, der auch neben ihm in Ron Sheldons Boxerfilm "Knocked Out – Eine schlagkräftige Freundschaft"¹⁾ (Play It to the Bone) vor der Kamera stand. Mit Thomas Heinze und Benjamin Sadler drehte Wagner den TV-Thriller "Die Abzocker – Eine eiskalte Affäre" (2000), mit Harrison Ford und Josh Hartnett den Streifen "Hollywood Cops"¹⁾ (2003). Zu seinen aktuellen Arbeiten vor der Kinokamera zählen das Jugendabenteuer "Eulen – Kleine Freunde in großer Gefahr!" (2006, Hoot) und das Drama "Man in the Chair" (2007) des US-Filmemachers Michael Schroeder, der den Umgang einer vom Jugendwahn beherrschten Gesellschaft mit ihren Alten thematisiert. Es folgten Auftritte in Kinoproduktionen wie "Das Geheimnis des wilden Mustangs"¹⁾ (2009, The Wild Stallion) und "Life's a Beach" (2010), im Fernsehen zeigte er sich mit Gastrollen, unter anderem 2009/2010 als Anthony DiNozzo Sr. in mehreren Folgen der Krimiserie "Navy CIS"¹⁾.