Το 1905, τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσιολογίας – Ιατρικής για τις εργασίες του σχετικά με την φυματίωση,
που συνέβαλαν καθοριστικά στην ίαση της ασθένειας η οποία αποτελούσε αληθινή μάστιγα για την ανθρωπότητα μέχρι τότε. Γεννήθηκε στις 11 Δεκεμβρίου 1843 στο Κλάουστατ του Βασιλείου του Ανοβέρου (σημερινό Κλάουστατ – Τσέλερφελντ του κρατιδίου της Κάτω Σαξονίας της Γερμανίας). Σπούδασε ιατρική στο Πανεπιστήμιο της Γοτίγγης (Γκέτινγκεν), από όπου πήρε το πτυχίο του το 1866. Στη συνέχεια εργάστηκε ως γιατρός σε διάφορες πόλεις και ύστερα από βραχυχρόνια υπηρεσία ως στρατιωτικός γιατρός στον Γαλλοπρωσσικό πόλεμο (1870-1871), εργάστηκε ως χειρουργός στην πόλη Βόλσταϊν της Πρωσίας (σημερινό Βόλστιν Πολωνίας), όπου δημιούργησε ένα μικρό εργαστήριο. Εξοπλισμένος με ένα μικροσκόπιο, ένα μικροτόμο και έναν αυτοσχέδιο επωαστικό κλίβανο, άρχισε την ενασχόλησή του με την μικροβιολογία που του χάρισε την αθανασία. Αρχικά μελέτησε τα φύκια και αργότερα στράφηκε προς τα παθογόνα μικρόβια.
Στις 24 Μαρτίου 1882, ανακοίνωσε στην Φυσιολογική Εταιρεία του Βερολίνου ότι ανακάλυψε τον βάκιλο της φυματίωσης, που πίστευε ότι ήταν η αιτία όλων των μορφών φυματίωσης. Για τη σημαντική αυτή ιατρική ανακάλυψη, που έσωσε και σώζει μυριάδες ζωές, η 24η Μαρτίου έχει ανακηρυχθεί ως Παγκόσμια Ημέρα κατά της Φυματίωσης.
Την ίδια χρονική περίοδο πραγματοποίησε έρευνες για την χολέρα που μάστιζε την Αίγυπτο και την Ινδία. Σ’ ένα ταξίδι του στην Ινδία, το 1884, συμπλήρωσε την εργασία του για την ανακάλυψη του μικροβίου της χολέρας και της μετάδοσης της με το πόσιμο νερό, την τροφή και την ενδυμασία.
Ο Ρόμπερτ Κοχ ασχολήθηκε ακόμη με έρευνες για ανθρωπονόσους και ζωονόσους (λέπρα, πανώλη των βοοειδών, βουβωνική πανώλη, τρυπανοσωμίαση των ίππων, πυρετό του Τέξας και ελονοσία). Για την ελονοσία είχε σχεδόν πειστεί ότι μεταδιδόταν από τα κουνούπια, όταν ο Βρετανός μικροβιολόγος Ρόναλντ Ροςδημοσίευσε τα ευρήματά του, που κατέτειναν στο ίδιο συμπέρασμα.
Στην προσωπική του ζωή, είχε τελέσει δύο γάμους. Ο πρώτος με την Έμα Φρατς, με την οποία απέκτησε μία κόρη και ο δεύτερος με την ηθοποιό Χέντβιγκ Φράιμπεργκ.
Ο Ρόμπερτ Κοχ πέθανε στις 27 Μαΐου 1910 στη λουτρόπολη του Μπάντεν-Μπάντεν, που ανήκε τότε στο Μεγάλο Δουκάτο της Βάδης και σήμερα στο κρατίδιο της Βάδης-Βιτεμβέργης της Γερμανίας.