Na zijn middelbare schoolopleiding begon hij zijn muzikale opleiding aan het Rotterdams Conservatorium. In 1971 won hij op het Internationaal Vocalisten Concours te 's-Hertogenbosch de eerste prijs. Hij is al langere tijd woonachtig in Oostenrijk en is professor aan de Musikhochschule in Wenen. Sinds de jaren zeventig werkt hij ook geregeld samen met het Koninklijk Concertgebouworkest in Amsterdam. Na 1975 trad Holl hoofdzakelijk op als concert- und liederenzanger in heel Europa, de Verenigde Staten, Israël en Japan.
Robert Holl ontving de prestigieuze eretitel 'Kammersänger' van de stad Wenen in 1990. Op 27 oktober 2007 is hij in het Rotterdamse concertgebouw De Doelen benoemd tot Ridder in de Orde van de Nederlandse Leeuw.