René Deltgen est né le 30 avril 1909 à Esch-sur-Alzette, au Luxembourg.
Issu d'une famille qui n'était pas connue pour ses penchants artistiques (son père était chimiste), rien ne le prédestinait à devenir acteur. Cependant son talent pour la comédie se manifeste lors d'une représentation théâtrale à l'école. En 1927, René décide de passer l'examen d'admission au 'Vereinigte Stadttheater Köln', à Cologne. Malgré son fort accent luxembourgeois, il est accepté.
En 1935, il obtient un premier rôle au cinéma dans le film Das Mädchen Johanna (Jeanne d'Arc).
Sa personnalité énigmatique et taciturne et son physique prédestinaient l'acteur à jouer des personnages ambigus. Il devient cependant célèbre au cinéma en interprétant notamment les aventuriers intrépides (Kautschuk) ou les acrobates de cirque (Zirkus Renz). Durant la guerre, il apparaît dans quelques films à caractère propagandiste. Alors qu'il se tient à distances des dignitaires nazis, il signe, pour des raisons dont on continue à tout ignorer (il a toujours refusé d'en parler) deux appels incitant les Luxembourgeois à intégrer le 3e Reich.
En 1946, René Deltgen est déclaré coupable par un tribunal luxembourgeois de collaboration avec l'occupant allemand et écope de deux ans de prison dont il ne fera cependant que quelques mois. Après être sorti de prison, René Deltgen retourne en Allemagne où il continue à tourner des films mais il se consacre surtout au théâtre dont il a fait un engagement personnel. A la radio, sa voix rauque a contribué à faire des pièces radiophoniques consacrées à Paul Temple, une série culte.
René Deltgen a été marié deux fois. Une première fois avec l'actrice Elisabeth Scherer avec qui il a eu trois enfants, deux fils, Matthias et Florian et une fille Katrin. De son deuxième mariage avec Anita Irene Wapordjieff est née sa deuxième fille Dominique.
Durant sa longue carrière, il tournera dans une quarantaine de films, ainsi que dans diverses séries TV, dont Heidi, en 1978, qui fut son dernier tournage. Le gentil grand-père de Heidi fatigué et malade à la fin de la série n'était pas qu'un rôle de composition pour René Deltgen qui joua dans la série tout en se battant contre le cancer. Il décèdera l'année suivante, le 29 janvier 1979, à Cologne, où il repose au cimetière de Melaten.
En 2004, le réalisateur Michael Wenk a réalisé un documentaire, René Deltgen - Der sanfte Rebell, en hommage à la vie du plus célèbre acteur luxembourgeois.