Geheimrat Robert Koch nacque nel 1843 a Clausthal, nell’odierna Germania centro-settentrionale. Figlio di un ingegnere minerario, rivelò fin da bambino la sua intelligenza e perseveranza imparando a leggere da solo all'età di 5 anni.
A 19 anni intraprese gli studi di Medicina all'Università di Göttingen, ove ebbe come maestro il prof. Henle. Koch, andava sostenendo, che le malattie contagiose erano provocate da "organismi vivi parassiti", e questo  senza dubbio influenzò la nascente personalità scientifica del giovane allievo.
Dopo un breve periodo a Berlino per lo studio della Chimica ed un soggiorno di studio all'Ospedale Generale di Hamburg, Koch incominciò ad esercitare privatamente la professione di medico. Questa attività non gli impedì di interessarsi a numerosi altri argomenti, quali ad esempio l'archeologia e l'antropologia.
I primi lavori, eseguiti con penuria di mezzi ed in condizioni disagiate, riguardarono il carbonchio ematico degli animali. Tali lavori furono coronati dalla dimostrazione, attraverso l'infezione sperimentale del topo, che il bacillo del carbonchio presente nella milza degli animali morti era l'agente causale della malattia. Successivamente, Koch riuscì ad isolare e a coltivare in coltura pura il bacillo, usando come terreno di coltura l'umore acqueo dell'occhio di bovino. Egli dimostrò anche la formazione delle spore e ne documentò la straordinaria resistenza nell'ambiente.
Nel 1880 Koch, già famoso, divenne membro del "Reichs-Gesundheitsamt" (Imperial Ufficio per la Salute) a Berlino; dove ottenne finalmente mezzi adeguati alle sue capacità, e si dedicò allo studio dei terreni di coltura e della colorazione dei batteri. Risale a questo periodo (1881-82) la perfezione di nuovi metodi per la coltivazione e l'ottenimento in coltura pura dei batteri ed, in particolare, del bacillo della tubercolosi dell'uomo.
L'esperienza acquisita e le grandi capacità analitiche permisero a Koch di rivedere i principi fondamentali - già proposti in precedenza da Henle - riguardanti le condizioni necessarie per poter dichiarare che "un determinato batterio é causa di una determinata malattia".
A questi studi seguì un breve ma intenso e proficuo intervallo (1883-84) dedicato allo studio del colera e delle modalità di diffusione del vibrione nell'ambiente. Anche in questo campo Koch si distinse per la sua attività di «pioniere» della microbiologia, formulando alcune linee-guida per il controllo della malattia che vennero ben presto approvate ed adottate in numerosi Stati e che, nella sostanza, ancora oggi vengono seguite.
Successivamente Koch riprese gli studi sulla tubercolosi che, a quel tempo, rappresentava una delle malattie più gravi e frequenti. Gli studi vennero rivolti sulla preparazione di una sostanza derivata dal bacillo della tubercolosi, denominata «tubercolina», che Koch riteneva provvista di attività terapeutica. Ben presto tale attività si rivelò inesistente, ma la tubercolina si rivelò, in seguito, straordinariamente utile a scopo diagnostico (e lo é ancor oggi, seppure purificata e prodotta con tecniche piú sofisticate di quelle di Koch).
Nel 1896 Koch ebbe l'occasione di soggiornare per un periodo di tempo nell'Africa meridionale allo scopo di studiare l'origine di una terribile malattia dei ruminanti: la peste bovina. Koch non riuscì nel difficile intento (la peste bovina é sostenuta non da un batterio bensì da un virus); ma, riuscì a limitare l'estensione dei focolai ed a rallentare la diffusione della malattia attraverso una sorta di vaccinazione che consisteva nell'inoculare agli animali ammalati bile prelevata da animali ammalati.
Nello stesso anno Koch giunse alla conclusione che la tubercolosi dell'uomo e del bovino erano sostenute da batteri differenti, e difese strenuamente la sua opinione (che oggi sappiamo essere esatta) contro lo scetticismo o l'avversione dei più al Congresso Medico sulla Tubercolosi tenutosi a Londra nel 1901.
Altri studi di Koch rappresentano punti fermi per la storia della Medicina, prevalentemente nel continente africano, su numerose malattie: malaria, surra, spirochetosi, tripanosomiasi, babesiosi.
Koch raccolse, durante la sua breve vita, innumerevoli premi ed onorificenze, compresa una laurea ad honorem presso l'Università di Bologna. Nel 1905 venne insignito del premio Nobel per la Medicina per gli studi eseguiti sulla tubercolosi.
Robert Koch si spense a Baden-Baden il 27 maggio 1910, all'età di 67 anni