Studiował medycynę na Uniwersytecie w Zurychu. W 1925 r. został członkiem Niemieckiego Towarzystwa Psychoanalitycznego, następnie praktykował w Paryżu, uczył również psychoanalizy, m.in. Jacquesa Lacana. W 1926 r. był współzałożycielem Francuskiego Towarzystwa Psychoanalitycznego. Rok później uczestniczył w powstaniu magazynu „Revue française de psychanalyse”. W 1930 r. przyjął francuskie obywatelstwo, a w 1935 r. obronił doktorat.
W czasie II wojny światowej trafił do armii francuskiej jako lekarz wojskowy, a po zakończeniu walk wyemigrował do Stanów Zjednoczonych. W latach 1965–1967 był wiceprezesem Międzynarodowego Towarzystwa Psychoanalitycznego. Jego żoną była Holenderka – Elisabeth Geleerd-Loewenstein (1909–1969), która specjalizowała się w psychoanalizie dzieci i młodzieży. Ze względu na wysoką pozycję w New York Psychoanalytic Institute, była jedną z najbardziej wpływowych psychoanalityków amerykańskich w połowie XX w. Szczególnie interesowała się zaburzeniami u dzieci, a wiele z tego, co diagnozowano wówczas jako schizofrenię dziecięcą, jest obecnie klasyfikowane w ramach spektrum autyzmu. Jej badania były później cytowane przez córkę Zygmunta Freuda, Annę, w niektórych ważnych publikacjach z lat 50. i 60. XX.
Para znanych psychoanalityków miała syna, Roberta, również znanego psychiatrę. Rudolf Loewenstein zmarł 14 kwietnia 1976 r. w Nowym Jorku.
