Robert Bloch nasceu a 5 de abril de 1917, em Chicago, no estado do Illinois. Estudou em escolas particulares em Maywood e em Milwaukee. Enquanto criança, ficou bastante impressionado com o cinema de terror, tendo assistido pela primeira vez aos nove anos de idade ao O Fantasma da Ópera. Começou então a devorar revistas literárias da especialidade, como a Weird Tales. Ainda aluno do ensino secundário, Bloch começou a escrever histórias.
Terminados os seus estudos, adquiriu uma máquina de escrever em segunda mão e conseguiu vender o seu primeiro conto, The Feast In The Abbey, à revista Weird Tales, com apenas dezanove anos. Com a Depressão causada pela queda na Bolsa de Valores de Nova Iorque, teve dificuldade em arranjar trabalho, pelo que, entre 1932 e 1942, escreveu a tempo inteiro.
Após a morte do escritor H. P. Lovecraft, ocorrida em 1937, grande influenciador da sua obra, Bloch alargou os horizontes da sua ficção, ao incluir vudu, possessões diabólicas e magia negra nas suas obras. Em 1939 publicou um conto humorístico que o consagrou como o escritor mais capacitado desde Ambrose Bierce.
Na década de 40 começou a demonstrar interesse pela mente de assassinos psicopatas, em parte por julgar ter esgotado o tema do sobrenatural. Publicou, em 1943, Yours Truly, Jack The Ripper, conto em que recriava a vida do mais famoso de todos os assassinos em série. Em 1947 seria a vez do seu primeiro romance, The Scarf, que contava a história de um jovem transformado num assassino por causa de um trauma de infância.
Em 1942 passou a trabalhar numa agência publicitária, aí permanecendo durante onze anos. Fez com que se esbatesse a fronteira entre os géneros policial e de terror. Em 1953 foi viver para Hollywood, para trabalhar como roteirista. No mesmo ano, escreveu o famoso argumento para o filme Psycho de Alfred Hitchcock. Procurou expandir a obra ao continuá-la, formando uma trilogia com a publicação de Psycho II (1982) e Psycho House (1990).
Bloch foi por diversas vezes galardoado, tendo recebido um Prémio Hugo, um Bram Stoker Award e um World Fantasy Award. Chegou a ser presidente, de 1970 a 1971, da Mistery Writers of America e foi membro da Science Fiction and Fantasy Writers of America. Faleceu por causa de um cancro em 23 de setembro de 1994. Foi sepultado no Westwood Village Memorial Park Cemetery.