Rob McElhenney tuvo su primer papel actoral importante con un pequeño papel en la película de 1997 The Devil's Own, aunque su papel se eliminó de la edición final. Siguió esto con pequeños papeles en algunas películas y series de televisión. McElhenney se mudó a Los Ángeles a la edad de 25 años, y dos años después, estaba sirviendo mesas entre trabajos de actuación cuando conoció a Glenn Howerton y a Charlie. Empezó a majear una idea para una comedia de situación protagonizada por él mismo, Howerton y Day surg, así surgió It's Always Sunny in Philadelphia (2005-presente), donde interpreta el papel de Ronald "Mac" McDonald y donde se desempeña como productor ejecutivo, coescritor y director ocasional. McElhenney también es conocido por su papel de Ian Grimm en la serie de comedia de Apple TV+ Mythic Quest (2020-2021), que cocreó y en la que se desempeña como coguionista y productor ejecutivo.