Completa la frase següent: El mateix any, va interpretar a Sharon Tate al costat de Leonardo DiCaprio i Brad Pitt en la comèdia-drama de Quentin Tarantino "Once Upon a Time in Hollywood", amb Robbie com a "primera i única opció" de Tarantino per interpretar a l'actriu. Amb la amenaça de la
Tate-LaBianca Murders serveix com a teló de fons, la pel·lícula explica la història d'un actor de personatges en decadència (DiCaprio) i el seu doble (Pitt) mentre naveguen per la indústria cinematogràfica que canvia ràpidament el 1969 a Los Angeles. Sentint "un enorme sentit de responsabilitat", Robbie es va preparar per al paper reunint-se amb els membres de la família i amics de Tate, veient totes les seves pel·lícules i llegint l'autobiografia del llavors marit de Tate, Roman Polanski. "Once Upon a Time in Hollywood" es va estrenar al Festival de Cinema de Cannes de 2019 i va ser un èxit comercial amb una recaptació mundial de 374,3 milions de dòlars. Tot i que molts van criticar la manca de línies de Robbie a la pel·lícula, Robbie Collin de "The Daily Telegraph" va destacar una escena amb Robbie al cinema, que va trobar que era la escena "més encantadora" de la pel·lícula.