Роберт Ли Земекис родился 14 мая 1952 года в городе Макгенри, пригород Чикаго, США.

Учился Роберт в школе киноискусств при Университете Южной Калифорнии, где его короткометражный фильм «Поле Чести» (1973) выиграл студенческую премию Американской киноакадемии.

В 1978 году Роберт Земекис дебютировал как режиссер полнометражного фильма. Его картина «Я хочу держать тебя за руку», сценарий к которой был написал Робертом в соавторстве с Бобом Гейлом, получила хорошие отзывы.

В 1979 году по сценарию Земекиса и Гейла Стивеном Спилбергом была снята картина «1941-й».

Партнерство Земекиса и Гейла продолжили комедии «Подержанные автомобили» (1980) и «Роман с камнем» (1984).

В 1985 году, с выходом картины «Назад в будущее», к Земекису пришла всемирная известность. Фантастическая картина с Майклом Дж. Фоксом и Кристофером Ллойдом в главных ролях, сразу завоевала признание. Успешный прокат картины и номинация на «Оскар» повлекли за собой съемки двух сиквелов (1989 и 1990), имевших такой же успех.

В 1988 году, перед тем, как выпустить последние части трилогии, Земекис снял детектив «Кто подставил кролика Роджера», который сочетал в себе анимацию и живые действия. Фильм выиграл четыре премии «Оскар».

В 1992 году его сатирическая комедия «Смерть ей к лицу» поразила зрителей своими галлюциногенными спецэффектами. Главные роли в картине исполнили Мэрил Стрип, Брюс Уиллис и Голди Хоун.

В 1994 году Земекис отошел от жанров комедии и фантастики, и снял драму «Форрест Гамп» с Томом Хэнксом в главной роли. За этот фильм Роберт удостоился премии «Оскар» как лучший режиссер; сам фильм получил еще пять статуэток, в том числе и в категории за лучший фильм.

В 1997 году Роберт Земекис выпускает фантастический триллер «Контакт», снятый по одноимённому роману Карла Сагана.

В 2000 году вышло сразу два проекта Земекиса – триллер «Что скрывает ложь» и приключенческая драма «Изгой».

В 2001 году благодаря Земекису был открыт Центр цифрового искусства при Университете Южной Калифорнии с огромной цифровой лабораторией обработки видео.

В 2004 году режиссер выпускает фильм «Полярный экспресс», сценарий к которому был написан по одноименной книге Криса Ван Оллсбурга. При съемке картины Земекис использовал технику компьютерной анимации, известную как захват движения, посредством чего движения актёров были захвачены в цифровой форме и использовались в качестве основы для анимационных персонажей.

В 2007 году выходит очередная картина Земекиса под названием «Беовульф», при съемке которой также использовалась технология захвата движения. В картине снялись такие звезды как Энтони Хопкинс, Джон Малкович и Анджелина Джоли.

В том же 2007 году Земекис приступил к работе над следующей своей картиной «Рождественская история». Картина вышла в 2009 году и была снята с использованием знаменитого эффекта, а главную роль в ней исполнил комик Джим Керри.

В 2012 году Роберт Земекис возвратился к жанру триллера и выпустил «Экипаж», с Дензелом Вашингтоном в главной роли.

Также в 2012 году Земекис приступил к написанию сценария к фильму «Дотянуться до облаков», дата выхода которого пока не известна.

В январе 2014 года Роберт объявил о том, что приступил к работе над музыкальной адаптацией фильма «Назад в будущее»; выход шоу запланировано на 2015 год.