Robert Carroll nasce nel 1934 a Painesville, nell’Ohio, ma si trasferisce ben presto nel Winsconsin dove svolge numerosi mestieri: dal giornalaio al metalmeccanico, dal muratore al tecnico edilizio. Nel 1953 inizia il suo percorso di studi presso il Cleveland Institute of Art e alla Western Reserve University, dove vince diverse borse di studio e consegue la laurea in belle arti nel 1957.
Appena ventenne compie un viaggio attraverso il Messico che ne mette subito in risalto le doti di acuto osservatore della natura.  L’anno successivo ottiene il premio Yale Norfolk Summer Art School
Nel 1957 presta il servizio militare e alterna gli studi di fisico nucleare alla compagnia dei più famosi nomi della beat generation, da Allen Ginsberg a Jack Kerouac. Diventa amico di Willem De Kooning, uno dei maggiori pittori americani dell’impressionismo astratto, che lo introduce nell’ambiente culturale e artistico italiano quando, all’età di 25 anni, Carroll lascia l’America per l’Italia.
Nel luglio del 1959 si trasferisce in Europa e una volta arrivato a Roma, conosce e dopo poco sposa la scrittrice Simona Mastrocinque.
Nella capitale Carroll tesse importanti relazioni nell’ambiente culturale dell’epoca, soprattutto con Elio Vittorini e Salvatore Quasimodo che gli dedica alcuni scritti significativi.
Espone in personali e collettive in tutto il mondo, in special modo tra l’Europa e gli Usa.
Robert Carroll a metà degli anni Ottanta si dedica anche  alla realizzazione di Multivisioni – ciclopiche installazioni multimediali in cui immagini e suoni si intrecciano in un sincronismo assoluto – dedicate ai principali parchi naturali statunitensi ripetendo l’esperienza anche in Italia a San Rossore, Caprarola, Massaciuccoli e nella riserva naturale del lago di Vico.  Muore nel 2016 all’età di 84 anni a Poveromo (Massa).