Отец Роя и Жореса Медведевых — Александр Романович Медведев, советский военный деятель, полковой комиссар. В 30-х годах служил старшим преподавателем кафедры философии Военно-политической академии имени В. И. Ленина. Состоял внештатным сотрудником НКВД. 23 августа 1938 года был арестован. Ему были предъявлены обвинения в принадлежности к контрреволюционной троцкистской организации, «протаскивании троцкизма» в составленных и редактированных им учебных пособиях, а также в том, что будучи секретным сотрудником НКВД, занимался дезинформацией. В ходе предварительного следствия непоколебимо отрицал эти обвинения. 5 июня 1939 года постановлением Особого совещания осуждён к 8 годам ИТЛ. Срок отбывал на Колыме, где и скончался 8 февраля 1941 года. 1 сентября 1956 года был реабилитирован.
В 1943 году Роя Медведева призывают к нестроевой службе в армии. Он служит в Закавказском военном округе (1943—1946), в вспомогательных частях тылового обеспечения, занимавшихся ремонтом военной техники, охраной железнодорожных и воздушных сообщений. После войны Рой Медведев окончил философский факультет Ленинградского государственного университета; кандидат педагогических наук.
Работал учителем средней школы в Свердловской области (1951—1954); был директором семилетней школы в Ленинградской области (1954—1957), затем редактором, заместителем главного редактора Учпедгиза (1958—1961). Старший научный сотрудник, заведующий сектором НИИ производственного обучения Академии педагогических наук СССР (1961—1970). С 1970 года — свободный учёный. В перестройку — Народный депутат СССР (1989—1992); был депутатом Верховного Совета СССР.
С начала 60-х годов Медведев принимал активное участие в движении диссидентов, редактировал самиздатовские издания: журнал «Политический дневник», альманах «XX век». 19 марта 1970 г. Рой Александрович вместе с академиком Сахаровым и Валентином Турчиным опубликовал открытое письмо к руководителям СССР о необходимости демократизации советской системы.
Книги Роя Медведева «К суду Истории» и «Они окружали Сталина» были изданы на западе.
Рой Медведев был членом КПСС с 1959 г., однако в 1969 г. он был исключен из КПСС за написание книги «К суду истории». В 1989 г. он обратился в Комитет партийного контроля при ЦК КПСС с просьбой о восстановлении его в рядах партии. В результате он был восстановлен в рядах КПСС с сохранением стажа с 1959 г.
После распада СССР рассматривался как один из тех, кто мог бы возглавить движение за демократический социализм; с 1991 г. (вместе с профессором А. А. Денисовым и лётчиком-космонавтом СССР В. И. Севастьяновым) — сопредседатель Социалистической партии трудящихся Российской Федерации. Выступал с жёсткой критикой как ГКЧП, так и Бориса Ельцина. В 2008 г. была издана его биография В. В. Путина, которая, по мнению журналиста издания «Новая газета», не является объективной и ровной оценкой деятельности президента, поскольку, как он считает, — книга наполнена восхвалениями в адрес В. В. Путина и нигде не содержится критика его деятельности.
В 1990 г. издательством «Прогресс» выпущена книга Р. А. Медведева «О Сталине и сталинизме». В предисловии к этой главе Р. Медведев, анализируя результаты голосования на XVII съезде партии, указывает:
Далее Медведев пишет:
Эту тему затронул член ЦК КПСС А. Н. Яковлев в записке в комиссию Политбюро ЦК КПСС. В ответ на это было проведено расследование прокуратуры СССР, в результате которого эта информация не была признана:
Сергей Кара-Мурза в своей книге «Советская цивилизация» писал следующее:
Рой Медведев опубликовал более 35 книг по истории, педагогике, социологии, литературоведению, философии, которые впоследствии были переведены на 14 языков мира и вышли отдельными изданиями в 20 странах.
В СМИ Рой Медведев ошибочно позиционируется как доктор исторических наук. Это опроверг сам Медведев: