Ses performances attirent l'œil du Liverpool FC de Jürgen Klopp qui l'engage à l'été 2017. Après une première saison d'adaptation au sein du collectif des "Reds", Robertson devient un titulaire indiscutable à partir de l'exercice 2018-19 qui le voit former avec Trent Alexander-Arnold une paire de latéral parmi les plus efficaces d'Europe, participant activement au sacre de Liverpool en Ligue des champions. Robertson remporte la Premier League en 2020, trente ans après le dernier titre du club.