Ses études au Middlesex Hospital de Londres lui permettent de décrocher des diplômes en médecine et chirurgie. Il se rend peu après à Accra au Ghana pour occuper un poste de chirurgien colonial. Mais une maladie se déclare et met fin à sa carrière. De retour en Angleterre, il devient oto-rhino-laryngologiste, puis précepteur, avant de se consacrer à temps plein à l'écriture à partir de 1919.
Dès 1898, il avait tiré de son expérience africaine un récit de voyages, avant d'aborder le genre policier par quelques nouvelles, écrites en collaboration avec John James Pitcairn, et mettant en scène le sympathique escroc Romney Pringle. Mais il se lasse de ce héros et tente seul de mettre au point un détective-médecin dans The Mystery of 31, New Inn, un court roman écrit en 1905, mais qu'il ne publie pas immédiatement afin de mieux peaufiner son nouveau détective.
En 1907, il signe The Red Thumb Mark, où apparaît enfin ce héros récurrent, le Dr Thorndyke, archétype du détective scientifique. En 1912, il publie un recueil de nouvelles The Singing Bone, souvent mentionné comme le texte fondateur de la méthode d'investigation inversée (inverted detective story(en)), cette structure narrative du récit policier où le lecteur se voit narrer au début du texte comment le criminel perpètre son forfait. La suite du texte illustre comment l'enquêteur parviendra à relever la faille dans l'exécution du délit. En 1934, dans les nouvelles du Service des affaires classées, Roy Vickers reprendra la formule popularisée depuis par la série télévisée Columbo. Entre 1911 et 1942, une vingtaine de romans et un grand nombre de nouvelles auront pour centre les investigations de Thorndyke.
Detective (1964) et The Rivals of Sherlock Holmes (1971), deux séries de la télévision britannique, ont permis des incarnations du Dr Thorndyke, respectivement par Peter Copley(en), puis par John Neville et Barrie Ingham(en).
En 1930, Richard Austin Freeman devient l'un des membres fondateurs du prestigieux Detection Club.
Publié en français sous le titre L'Empreinte sanglante, Paris, Nouvelle Revue Critique, coll. « L'Empreinte » no 32, 1933, réédition sous le titre L'Empreinte de sang, Paris, Flamant noir, 2020
Publié en français sous le titre La Femme du cocaïnomane, Paris, Gallimard, coll. « Les Chefs-d'œuvre du roman d'aventures », 1929 ; réédition, Paris, Librairie des Champs-Élysées, coll. « Le Masque » no 2196, 1994
The Shadow of the Wolf (1925)
Publié en français sous le titre Le Fantôme de Wolf-Rock, Paris, Gallimard, coll. « Les Chefs-d'œuvre du roman d'aventures », 1930
The D'Arblay Mystery (1926)
Publié en français sous le titre L'Affaire Darlay, Paris, Nouvelle Revue Critique, coll. « L'Empreinte » no 71, 1935
A Certain Dr. Thorndyke (1927)
As a Thief in the Night (1928)
Publié en français sous le titre Arsenic, Paris, Librairie des Champs-Élysées, coll. « Le Masque » no 105, 1932
Mr. Pottermack's Oversight (1930)
Publié en français sous le titre La Faute de M. Pottermack, Paris, NRC, coll. « L'Empreinte » no 58, 1935
Pontifex, Son and Thorndyke (1931)
When Rogues Fall Out ou Dr. Thorndyke's Discovery (1932)
Publié en français sous le titre Un trio tragique, Paris, Nouvelles Revue Critique, coll. « L'Empreinte » no 38, 1934 ; réédition, Paris, Librairie des Champs-Élysées, coll. « Le Masque » no 2354, 2001
Dr Thorndyke Intervenes (1933)
For the Defence: Dr Thorndyke (1934)
The Penrose Mystery (1936)
Publié en français sous le titre Monsieur Penrose, l’excentrique, Paris, Nouvelle Revue Critique, coll. « L'Empreinte » no 105, 1936
Felo De Se ? (1937)
Publié en français sous le titre Les jeux sont faits, Paris, Nouvelle Revue Critique, coll. « L'Empreinte » no 147, 1938 ; réédition, Paris, Librairie des Champs-Élysées, coll. « Le Masque » no 2127, 1993
The Stoneware Monkey (1938)
Publié en français sous le titre Le Singe d'argile, Paris, Nouvelle Revue Critique, coll. « L'Empreinte » no 172, 1939 ; réédition, Paris, Librairie des Champs-Élysées, coll. « Le Masque » no 2421, 1999
Mr Polton Explains (1940)
The Jacob Street Mystery ou The Unconscious Witness (1942)
Publié en français sous le titre Le Mystère de la rue Jacob, Paris, Éditions de La Boétie, 1945 ; réédition, Paris, Librairie des Champs-Élysées, coll. « Le Masque » no 2375, 1998