Robert Thalheim, geboren am 2. Juli 1974 in Berlin, machte 1992 seinen Highschool-Abschluss in Indiana, USA, 1995 machte er in Deutschland Abitur. 1997/98 war er Regie-Assistent am Berliner Ensemble. 1998 nahm er ein Studium an der FU Berlin auf, ab 2000 ein Regiestudium an der Filmhochschule "Konrad Wolf" in Potsdam- Babelsberg. Thalheim ist Verfasser eines Buches über Andrzej Wajda (2000) und seit 1999 Herausgeber des Kulturmagazins "Plotki". Für das Maxim-Gorki-Theater, Berlin inszenierte er 2003 sein Bühnenstück "Wild Boys".

Mit der Vater-Sohn-Geschichte "Netto" gab er 2005 sein Spielfilmdebüt, das auf diversen Festivals lief und mit mehreren Preisen ausgezeichnet wurde, darunter der "Förderpreis Langfilm" beim Saarbrückener Filmfestival Max Ophüls Preis 2005. Thalheims zweiter Kinofilm "Am Ende kommen Touristen" feierte bei den Filmfestspielen von Cannes 2007 seine Uraufführung. Im Jahr darauf erhielt der Film beim Deutschen Filmpreis 2008 eine Nominierung in der Kategorie Bester Film. Hauptdarsteller Alexander Fehling wurde für seine Leistung mit dem Förderpreis Deutscher Film ausgezeichnet.

Anschließend nahm Thalheim ein Theaterprojekt in Angriff: Gemeinsam mit Kolja Mensing schrieb er das Stück "Moschee DE", eine szenische Rekonstruktion des Baus der Khadija-Moschee in Berlin-Heinersdorf 2006, die im Februar 2010 am Schauspiel Hannover Premiere feierte. Robert Thalheims dritter Kinofilm "Westwind", über zwei DDR-Bürgerinnen, die Ende der 80er Jahre während eines Urlaubs eine Flucht in den Westen wagen, kam im August 2011 in die Kinos. Im gleichen Jahr gehörte er zum Regisseurs-Ensemble von "Rosakinder", einer filmischen Hommage an den Regisseur Rosa von Praunheim zu dessen 70. Geburtstag.

2012 drehte Thalheim dann seinen nächsten Kinofilm: "Eltern" (Start: Herbst 2013) erzählt auf humorvolle Weise von einem Familienvater, der nach Jahren als fürsorglicher Hausmann wieder ins Berufsleben einsteigen will, sehr zur Irritation seiner Frau und seiner Kinder.

Fürs Fernsehen inszenierte er danach die viel gelobte "Polizeiruf 110"-Folge "Käfer und Prinzessin" (2014), mit Maria Simon und Horst Krause als Brandenburger Ermittlerteam.

Als Produzent fungierte Thalheim bei Marie Wilkes Dokumentarfilm "Staatsdiener" (2012-2015), der Studenten der Polizeischule Sachsen-Anhalt durchs erste Ausbildungsjahr begleitet, sowie bei Sung-Hyung Chos Dokumentarfilm "Verliebt, Verlobt, Verloren" (2015), über die zurückgebliebenen DDR-Ehefrauen nordkoreanischer Studenten Anfang der 1960er Jahre. Ebenfalls Produzent, aber auch Co-Drehbuchautor, war Thalheim bei dem Filmessay "Moschee DE" (2016, Regie: Mina Salehpour, Michał Honnens), der 2016 beim Leipziger DOK Festival Premiere feierte. Basierend auf Thalheims gleichnamigem Theaterstück von 2010 behandelt der Film den massiven Konflikt um einen Moschee-Neubau in Berlin-Pankow zwischen 2006 und 2008.

Leichterer Stoff war Thalheims nächster eigener Kinofilm, der Anfang 2017 startete: Die Komödie "Kundschafter des Friedens" (2016) erzählt von einer Gruppe pensionierter Ex-DDR-Agenten, die für eine aberwitzige Mission aus dem Ruhestand geholt werden. Anschließend inszenierte er die Freiburger "Tatort"-Folge "Goldbach" (2017), über den Tod eines Kindes; die Episode wurde vor allem für ihre ungewohnt ruhige Erzählweise gelobt. Als Produzent war er an Marie Wilkes "Aggregat" (2018) beteiligt.

Im Juni 2019 startete Thalheims Kinderfilm "TKKG" in den Kinos, der die Vorgeschichte der Kinder-Detektivbande erzählt. Er zeichnete dabei auch als Produzent und Co-Drehbuchautor verantwortlich.