Той стартира кариерата си на рок-певец, вземайки участие в поредица от групи, като се задържа най-дълго време в група, наречена "Band of Joy", където свири и бъдещият барабанист на Лед Цепелин Джон Бонъм. Ранните му изяви не се сдобиват с какъвто и да било комерсиален успех, но невероятните му гласови данни постепенно биват забелязани от все повече хора. През 1965 е изпробван за вокал на N'Betweens - предшествениците на Slade, но двете страни не се споразумяват за заплащането на Плант, който напуска преждевременно, а групата се обръща към импресариото на една от предните групи на Робърт Плант (Listen) Ноди Холдър. Плант обаче привлича вниманието на китариста на The Yardbirds Джими Пейдж, който по това време търси нов вокалист за групата си. Един от желаните от Пейдж вокалисти отказва да се присъедини, но препоръчва младия Плант. Пейдж присъства на живо изпълнение на Плант и групата му и решава да го привлече. След кратък разговор се оказва, че и музикалните вкусове на двамата се препокриват. Всичко е договорено за съвсем кратко време и Робърт Плант е официално обявен за новия вокал на The Yardbirds, които сменят името си на The New Yardbirds и малко по-късно на Led Zeppelin. Плант написва голяма част от текстовете на Цепелин, като в по-ранните албуми в много от песните се усеща влиянието на любимия му автор Дж. Р. Р. Толкин. Негови са лириките към най-популярната песен на Цепелин за всички времена, "Stairway to Heaven", които написва една вечер, седнал пред горящ огън. Тематичната насока е повлияна от стремежа му към духовен перфекционизъм, както и от книгата "Магическо изкуство в келтска Британия" на Люис Спенс, която чете по това време. Интересен факт, свързан с песента, представлява изявлението на някои общности и групи, че прослушани на обратно, лириките съдържат сатанински послания. Кариерата на Плант в Лед Цепелин е доста успешна, но дори и след разпадането на групата, той продължава да твори музика, като издава немалко солови албуми и няколко общи проекта с бившия член на Цепелин Джими Пейдж. Участва и в няколко реюниъна на Лед Цепелин с цел концертни изяви.