Народився 4 березня1914 року в Фронтірі, США. Закінчив Каліфорнійський університет в Берклі з дипломом бакалавра в 1936 році. Вже тоді заявив про себе як про талановитого науковця, який єдиний з усіх студентів вирішив завдання, яке задав Ернест Лоуренс в ході одного з курсів. Для вирішення задачі необхідно було знайти величину електричного поля в циклотроні. У той час як інші студенти намагалися вирішити завдання, формально виконавши складні математичні викладки, Роберт Вілсон побудував спрощену модель циклотрона у фізичній лабораторії і визначив електричне поле експериментально[6]. Тоді ж опублікував свою першу роботу в «Physical Review».
По закінченні війни був одним із співзасновників Федерації американських вчених і був її головою в 1946 році.
Після нетривалої роботи в Гарвардському університеті у 1947 році перейшов на посаду директора лабораторії ядерних досліджень у Корнелльський університет. Тут здійснив експерименти, які пізніше були інтерпретовані як докази того, що протони складаються з кварків.
У 1967 році покинув Корнелл для того, щоб заснувати Фермілаб, першим директором якого сам і став. Тут продемонстрував
себе видатним дизайнером магнітів, що утримують пучок швидких частинок всередині прискорювального кільця. Також їм був спроєктований зовнішній вигляд будівлі Фермілаб, який був покликаний залучати своїм естетичним виглядом найкращих вчених. У 1978 році залишив посаду директора лабораторії, оскільки вважав, що держава недостатньо фінансує його проєкти.
Храмов Ю. А. Вильсон Роберт Ратбан // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 64. — 400 с. — 200 000 экз.