Gençliği
Mulliken Newburyport, Massachusetts'ta doğmuştur. Babası Samuel Parsons Mulliken, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde organik kimya profesörüydü. Çocukken, Robert Mulliken bitkilerin adını ve botanik sınıflandırılması öğrenmiş ve genel olarak, hafıza mükemmel ancak seçiciydi. Mesela üniversitede Almanca kursunu geçebilecek kadar iyi bir Almancası vardı ancak lisedeki Almanca öğretmenin adını hatırlayamıyordu.
Mulliken babasının organik bileşik kimlikleri üzerine yaptığı dört ciltlik kitabına yazdığı editoryal çalışmalar ile hem ona yardım etmiş hem de organik kimyasal isimlendirmeler konusunda bir uzman olmuştur.
Eğitimi
Newburyport'ta lisedeyken, Mulliken bilimsel bir müfredatı takip etmiştir. 1913 senesinde mezun olmuş ve babasının bir zamanlar kazandığı MIT'e girme hakkını kendisi de başarmıştır. Babası gibi, o da kimya alanında ihtisas yapmıştır. Daha üniversite eğitimine devam ederken ilk yayımlanabilir araştırması olan "organik klorür sentezi"ni tamamlamıştır. Geleceği hakkında kararsız olduğu için üniversitede kimya mühendisliği dersleri de almış ve bir yazını Massachusetts ve Maine'de kimyasal tesisleri gezerek geçirmiştir. 1917'de MIT'ten mezun olmuştur.
