Робер Жан Жорж Мерль родился в Алжире в семье военного переводчика Феликса Мерля. Во время Первой мировой войны отец будущего писателя участвовал в Дарданелльской операции и умер от тифа в 1915 году. Мать Робера перевезла детей во Францию, в Марсель, затем семья обосновалась в Париже.

Робер Мерль окончил престижный лицей Людовика Великого в Париже, получив степень лиценциата по философии и английскому языку. В 30-х годах он преподавал английский язык, английскую и американскую литературу в Кливленде (США), затем в лицеях Бордо, Марселя и Нейи-сюр-Сен (пригород Парижа), где познакомился с Жаном-Полем Сартром, в то время – преподавателем философии. Первым опубликованным трудом Мерля стала его докторская диссертация, посвященная творчеству Оскара Уайльда.

Робер Мерль участвовал во Второй мировой войне 1939-1945 г.г.; во время Дюнкеркской операции он попал в плен и был интернирован в Германию, где провел три года в лагере для военнопленных. За роман о трагедии в Дюнкерке «Уикэнд на берегу океана» писатель в 1949 году получил Гонкуровскую премиию. После освобождения Франции Робер Мерль вернулся к преподавательской деятельности, заняв пост профессора языка и литературы в университете Ренна, позже преподавал в Тулузе, Кане, Руане, Алжире и Нантерре (Париж-X). Именно в университете Нантерра начались события мая 1968 года, позднее описанные Мерлем в романе «За стеклом». Будучи близким к французской коммунистической партии, писатель отдаляется от неё после ввода советских войск в Афганистан.

Творчество Мерля проникнуто духом гуманизма, в нём сильны философские и социальные аспекты. Его писательский талант многогранен: Робер Мерль является автором пьес, биографических произведений, исторических романов, в том числе 13-томной саги об истории Франции «Fortune de France». Широкую известность приобрели его фантастические романы, посвященные возможности общения человека с животными: «Разумное животное» (экранизирован под названием «День дельфина») и «Le propre de l’homme»; одно из наиболее серьезных исследований темы ядерной катастрофы и выживания в послеатомном мире «Мальвиль» и мистико-философский роман «Мадрапур». Кроме этого, Робер Мерль переводил на французский язык сочинения Джона Уэбстера, Джонатана Свифта, Эрскина Колдуэлла, а для французского издания (1956 год) романа Джонатана Свифта «Путешествие в Лилипутию» написал 59-страничное предисловие, раскрывающее политический контекст этого сатирического произведения.

Писатель скончался в возрасте 95 лет в собственном доме в пригороде Парижа.