Robert Lehmeier volontierte nach einer Ausbildung zum Redakteur und dem Studium der Theaterwissenschaft, Kunstgeschichte und Philosophie in München an der Komischen Oper Berlin und arbeitete in den Folgejahren als Assistent von Harry Kupfer u.a. in Bayreuth („Der Ring des Nibelungen“). Als künstlerischer Produktionsleiter betreute er zwei Jahre das Musical „Elisabeth“ an den Vereinigten Bühnen Wien.

Seit 1994 arbeitet Robert Lehmeier als freischaffender Regisseur. Der Schwerpunkt liegt neben dem klassischen Repertoire des 19. und 20. Jahrhunderts auf zeitgenössischer Oper und Uraufführungen.

In seiner Zeit als Oberspielleiter in Stralsund/Greifswald brachte er Aulis Sallinens „The Palace“ (Libretto von Irene Dische und Hans-Magnus Enzensberger)  zum Festival „Nordischer Klang“ 1998 zur deutschen Erstaufführung. 2002 eröffnete seine Uraufführungs-Inszenierung von Hans-Jürgen von Boses Kafka-Oper „K-Projekt 12/14“ die Münchner Opernfestspiele.

In Berlin entwickelt Robert Lehmeier zusammen mit der Neuköllner Oper seit 2000 regelmäßig neue Opernstoffe. Internationale Aufmerksamkeit fand seine Produktion „Angela – eine Nationaloper“ über die spätere Kanzlerin Angela Merkel, die 2002 im U-Bahnhof Reichstag uraufgeführt wurde. Im Herbst 2004 kam ebenfalls in Berlin „Friendly Fire“ heraus (Komponist: Klaus Arp, Libretto: Andreas Bisowski), eine Oper über den Irak-Krieg. Als Jury-Mitglied des „Berliner Opernpreises“ für junge Komponisten hat Robert Lehmeier 2007 den Gewinnerbeitrag von Bruno Nellisen/Ralph Hammerthaler, die „Moshammeroper“, inszeniert. Die Regie wurde anlässlich des Gastspiels in München und Fürth prämiert.

2009 folgte die Uraufführung von Jan Müller-Wielands Kammeroper „Fanny und Schraube“ (Libretto: Kai Ivo Baulitz).

Seine Neufassung von „Cosi fan tutte“ für zehn Männer wurde 2004 zu den Wiener Festwochen eingeladen und eröffnete in einer Neuinszenierung 2005 die Saison am Deutschen Schauspielhaus in Hamburg. Diese Produktion gastierte in der Schweiz und in Spanien (Gran Teatre del Liceu, Barcelona).

2004 hatte Robert Lehmeier mit „Die Fledermaus“ sein Debut an der Nationalen Reisopera in den Niederlanden, 2007 folgte „Boris Godunow“.

Für seine Libretto-Bearbeitung von „Cosi fan tutte“ wurde Robert Lehmeier in der Jahresumfrage von „Theater heute“ 2004 in der Kategorie „bestes deutschsprachiges Stück“ nominiert. „Ariadne auf Naxos“ wurde 2006 in der Kritikerumfrage der „Opernwelt“ in der Kategorie „beste Inszenierung/Regie“ nominiert,  ebenso wie Massenets „Werther“ 2009.

Sein besonderes Interesse gilt dem französischen Repertoire; jüngste Produktion aus diesem Bereich ist Emmanuel Chabriers „L´Etoile“ (Theater Bielefeld).