Née le 14 février 1971 à Chicago, dans l'Illinois, Angela Robinson étudie le théâtre à l'université Brown avant d'obtenir un master en cinéma à l'université de New York. Elle signe en 1995 son premier film, Chickula: Teenage Vampire, présenté dans des festivals LGBTQ, puis le court métrage D.E.B.S. en 2003, primé dans plusieurs festivals internationaux. Elle l'adapte en long métrage l'année suivante avec D.E.B.S., comédie d'espionnage lesbienne devenue depuis un film culte du cinéma queer. En 2005, elle devient la troisième femme noire à réaliser un film pour un grand studio hollywoodien avec Herbie, complètement fêlée, comédie familiale Disney avec Lindsay Lohan. Elle écrit et réalise plusieurs épisodes de la série The L Word entre 2004 et 2009, contribuant à la visibilité des personnages lesbiens et bisexuels à la télévision, avant de travailler sur True Blood puis How to Get Away with Murder. En 2017, elle écrit et réalise Le Professeur Marston et les Wonder Women, biopic consacré au psychologue créateur du personnage de Wonder Woman et à sa relation polyamoureuse avec sa femme Elizabeth et leur compagne Olive Byrne, saluée par la critique.
Le Professeur Marston et les Wonder Women vaut à Angela Robinson des nominations au GLAAD Media Award et au Saturn Award. Elle reçoit par ailleurs le Fusion Achievement Award de l'Outfest Fusion LGBTQ People of Color Film Festival en 2013 pour sa contribution à la visibilité des personnes LGBTQ dans les médias.
Les relations et identités lesbiennes et queer traversent l'essentiel de son œuvre, de D.E.B.S. à Le Professeur Marston et les Wonder Women, tout comme les figures féminines fortes évoluant dans des univers dominés par les hommes.