Robert Wiene urodził się 24 kwietnia 1873 roku we Wrocławiu (ówczesny Breslau, Śląsk, Cesarstwo Niemieckie) jako syn aktora teatralnego Carla Wiene. Dorastał w środowisku artystycznym, a istotną rolę w jego życiu odegrał także jego brat, Conrad Wiene, który również został reżyserem i scenarzystą filmowym. Współpraca między braćmi miała duże znaczenie dla początków kariery Roberta i jego wejścia do świata kina.

Początkowo studiował prawo, jednak szybko porzucił tę drogę na rzecz teatru. Rozpoczął karierę jako aktor i dramaturg, zdobywając doświadczenie sceniczne, które później wykorzystał jako reżyser filmowy. Na początku XX wieku związał się z niemieckim przemysłem filmowym, gdzie stopniowo budował swoją pozycję jako twórca.

Przełom w jego karierze nastąpił w 1920 roku wraz z realizacją „Gabinetu doktora Caligari”. Film ten stał się jednym z najważniejszych dzieł niemieckiego ekspresjonizmu i kamieniem milowym w historii kina. Choć do dziś toczy się dyskusja, czy za jego niezwykłą warstwę wizualną odpowiadał głównie Wiene, czy scenografowie, reżyser podjął kluczową decyzję artystyczną – zamiast realistycznych dekoracji zastosował malowane, zdeformowane przestrzenie, co całkowicie odmieniło charakter filmu i nadało mu oniryczny, niepokojący klimat. Dodatkowo wykorzystywał eksperymentalne techniki, takie jak barwienie taśmy (sepia, błękit, zielenie), aby podkreślić emocje i nastrój scen.

Po sukcesie „Caligariego” Wiene kontynuował pracę w duchu ekspresjonizmu, realizując m.in. „Genuine” (1920) oraz „Raskolnikow” (1923). Jednym z jego najważniejszych, choć często pomijanych dzieł, jest „Ręce Orlaka” (1924) z Conradem Veidtem w roli głównej. Film ten, opowiadający o pianiście, któremu przeszczepiono ręce mordercy, uchodzi za jeden z fundamentów współczesnego body-horroru i potwierdza fascynację Wiene tematyką psychologiczną oraz deformacją ludzkiej tożsamości.

Lata 30. przyniosły jednak gwałtowne zmiany polityczne. Po dojściu nazistów do władzy twórczość Wiene została uznana za przykład „sztuki zdegenerowanej”, a jego najważniejsze dzieło – „Gabinet doktora Caligari” – było szczególnie krytykowane przez aparat propagandowy. Zmuszony do natychmiastowej emigracji, opuścił Berlin i rozpoczął tułaczkę po Europie. Najpierw udał się do Budapesztu, następnie do Londynu, gdzie próbował stworzyć własne studio filmowe we współpracy z Richardem Tauberem, a ostatecznie osiadł w Paryżu.

We Francji pracował nad swoim ostatnim filmem „Ultimatum” (1938), dramatem szpiegowskim. Podczas realizacji produkcji ciężko zachorował – zdiagnozowano u niego raka płuc. Zmarł 17 lipca 1938 roku, zaledwie kilka dni przed zakończeniem zdjęć. Film dokończył jego przyjaciel Robert Siodmak, który jednak z szacunku nie podpisał się pod dziełem.

Robert Wiene został pochowany na cmentarzu Cimetière de Bagneux pod Paryżem.

Jego twórczość, choć w późniejszych latach częściowo zapomniana, wywarła ogromny wpływ na rozwój kina światowego. Był pionierem w zakresie wykorzystania scenografii jako środka narracji oraz jednym z pierwszych reżyserów, którzy świadomie eksperymentowali z formą wizualną i techniką filmową. „Gabinet doktora Caligari” oraz „Ręce Orlaka” pozostają do dziś dziełami fundamentalnymi – nie tylko dla kina grozy, ale dla całego języka filmowego.