Robert Holl wurde in Rotterdam geboren und absolvierte hier auch seine Studien bei Jan Veth und David Hollestelle. 1971 gewann er den 1. Preis im »Internationalen Gesangwettbewerb in s’Hertogenbosch«. Danach studierte er bei Hans Hotter in München. 1972 gewann Robert Holl den 1. Preis beim ARD-Wettbewerb in München. Von 1973 bis 1975 war er Mitglied der Bayerischen Staatsoper München, danach längere Zeit vorwiegend als Konzertsänger tätig.

Ab den späten 80er-Jahren wirkte Robert Holl wieder vermehrt in Opernproduktionen mit. Er war Gast an der Wiener Staatsoper, an der Brüsseler Oper und seit 1991 am Zürcher Opernhaus mit Partien wie Sprecher und Sarastro / DIE ZAUBERFLÖTE, Gremin / EUGEN ONEGIN, Basilio / IL BARBIERE DI SIVIGLIA, Assur / SEMIRAMIDE, La Roche / CAPRICCIO, Alfonso / COSI FAN TUTTE, Wassermann / RUSALKA und Robert / DES TEUFELS LUSTSCHLOSS unter Dirigenten wie Claudio Abbado, Nikolaus Harnoncourt und Franz Welser-Möst.

An der Deutschen Staatsoper Berlin war Robert Holl in den Jahren 1999 bis 2002 jeweils unter Daniel Barenboim als Landgraf Hermann / TANNHÄUSER, Commendatore / DON GIOVANNI, Hans Sachs / DIE MEISTERSINGER VON NÜRNBERG und Daland / DER FLIEGENDE HOLLÄNDER zu hören, 2005 wieder als Sachs unter Barenboim. Diese Rolle sang er auch in einer Wiederaufnahme der MEISTERSINGER unter Peter Schneider 2008 an der Deutschen Oper Berlin. Im Herbst 2009 war er neuerlich Hans Sachs in einer Neuproduktion an der Kölner Oper in der Regie von Uwe-Eric Laufenberg und dem Dirigat von Markus Stenz.

An der Wiener Staatsoper sang er seit 2002 Landgraf Hermann / TANNHÄUSER, ab 2003 König Marke / TRISTAN UND ISOLDE (unter Christian Thielemann, Franz Welser-Möst und Peter Schneider) und ab 2004 Gurnemanz / PARSIFAL (unter Donald Runnicles). An diesem Haus war Robert Holl in den Spielzeiten 2006/07 und 2007/08 als Pimen / BORIS GODUNOW (Neuproduktion unter Daniele Gatti im Mai 2007) zu hören.

Von 1996 bis 2002 war Robert Holl als vielumjubelter Hans Sachs / DIE MEISTERSINGER VON NÜRNBERG bei den Bayreuther Festspielen (Dirigenten: Daniel Barenboim und Christian Thielemann) zu hören. Von 2004 bis 2007 war er der Gurnemanz in der Schlingensief-Produktion von Wagners PARSIFAL (Dirigent: Pierre Boulez, ab 2006 Adam Fischer). Bei den Bayreuther Festspielen 2008 und 2009 war er als König Marke zu hören und wird in dieser Partie 2011 nach Bayreuth zurückkehren.

Robert Holl ist seit vielen Jahren als äußerst gefragter und erfolgreicher Konzertsänger tätig und tritt mit den renommiertesten Dirigenten und Orchestern in Europa, Amerika und Japan auf.

Vor allem aber ist Robert Holl einer der großen Liedsänger unserer Zeit. Seine besondere Vorliebe gilt dem deutschen (ganz besonders Schubert) und dem russischen Liedgesang. Liederabende führen den Künstler regelmäßig in die Musikzentren Europas, nach Israel, in die USA, nach Russland und Japan.

Robert Holl ist ständiger Gast bei den großen internationalen Festivals in Europa. Auf Einladung von Svjatoslav Richter nahm er mehrmals an den Veranstaltungen des »Moskauer Winters« und am Festival in Tours teil.

Rundfunk- und Fernsehaufnahmen, sowie zahlreiche Schallplattenaufnahmen und CDs mit namhaften Dirigenten und eine große Anzahl von Liedaufnahmen (Schallplatten und CDs), u. a. auch mit András Schiff und Oleg Maisenberg als Klavierpartnern, dokumentieren die Vielseitigkeit des Sängers. Eigene Kompositionen (Lieder und Klavierstücke) sind beim Musikverlag Doblinger verlegt und auf CD erschienen.

Neben seiner Tätigkeit als Sänger hält er regelmäßig Meisterkurse in Holland, Österreich, Großbritannien und Kanada. Weiters ist Robert Holl künstlerischer Leiter von »Schubertiaden« in Holland und Österreich und gestaltet im Brahms-Saal des Wiener Musikvereins regelmäßig Zyklen »Poesie und Musik«.

1990 wurde Robert Holl mit dem österreichischen Kammersänger-Titel ausgezeichnet, 1997 wurde er Ehrenmitglied der Gesellschaft der Musikfreunde in Wien und Ehrenmitglied des Festivals »Carinthischer Sommer«. Seit 1998 ist er ordentlicher Professor für Lied und Oratorium an der Universität für Musik und darstellende Kunst in Wien. 2005 wurde ihm das Österreichische Ehrenkreuz für Wissenschaft und Kunst I. Klasse verliehen.

Im Oktober 2007 wurde Robert Holl in seiner Heimatstadt Rotterdam der hohe niederländische Orden Ridder in de Orde van de Nederlandse Leeuw verliehen.