Il est le fils d’un juge de paix et d’une enseignante. Il a une sœur jumelle, Régine, deux autres sœurs et deux frères. Dès le début des années cinquante, tout en faisant de la figuration au théâtre et dans quelques films, il travaille au Musée de l'Homme à Paris, au Département Afrique Noire, en qualité de Documentaliste CNRS, lorsqu’en 1954, il crée et dirige la « Compagnie des Griots », première troupe de comédiens noirs à exister en France, dans le but de favoriser la promotion des artistes de couleur en leur proposant, grâce à des rôles intéressants (et non de faire-valoir) de contribuer à la vulgarisation et à la diffusion des œuvres du théâtre noir, de faire connaitre au public noir des œuvres du répertoire classique français et étranger, de développer une littérature dramatique noire en suscitant de nouveaux auteurs et enfin de fonder une école de comédiens noirs. À ses côtés, Darling Légitimus, Théo Légitimus, Jenny Alpha, Bachir Touré, Toto Bissainthe, Greg Germain, Thimotée Bassari, Lydia Ewandé, Danièle Van Berkeycke… Cette compagnie dure jusqu’en 1972 (en 1966, sa compagnie a fusionné avec celle de Med Hondo devenant ainsi la compagnie Griotsshango) et est à l’origine de créations qui font date : Les Nègres de Jean Genet sur une mise en scène de Roger Blin, dont il sera très proche, puis La tragédie du Roi Christophe et Une saison au Congo, deux pièces d'Aimé Césaire, ainsi que La Fête à Harlem de Melvin Van Peebles, L'Esclave et Le Métro Fantôme de LeRoi Jones, et, notamment sous la direction de Jean-Louis Barrault, des pièces d'Alexandre Pouchkine, Eugène Ionesco ou John Millington Synge. Il joue par la suite dans le spectacle d'Antoine Bourseiller, Ô America, dans Boesman et Lena, avec Toto Bissainthe, Le Camp du Drap d'Or de Serge Rezvani, ou encore En conduisant Miss Daisy, avec Tsilla Chelton…
Atteint de la maladie d'Alzheimer dans le courant des années 2000, Robert Liensol déserte peu à peu les plateaux de tournage, les scènes de théâtre et les studios d'enregistrement. Après une chute dans son appartement, il se fracture le col du fémur, et meurt peu après l'opération, d'un probable choc septique pulmonaire, dans un hôpital parisien, à l'âge de 88 ans. Peu avant sa disparition, il fit une dernière apparition dans Pani pwoblem de son ami Christian Lara.
