Geboren am 2.7.1974 in Berlin. 1992 Highschool- Abschluss in Indiana, USA, 1995 Abitur. 1997/98 Regie-Assistent am Berliner Ensemble. Ab 1998 Studium an der FU Berlin, ab 2000 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" gibt er 2005 sein Spielfilmdebüt, das auf diversen Festivals zu sehen ist und mit mehreren Preisen ausgezeichnet wird, darunter der "Förderpreis Langfilm" beim Saarbrückener Filmfestival Max Ophüls Preis 2005. Thalheims zweiter Kinofilm "Am Ende kommen Touristen" feiert bei den Filmfestspielen von Cannes 2007 seine Uraufführung.

Im Jahr darauf erhält der Film beim Deutschen Filmpreis 2008 eine Nominierung in der Kategorie Bester Film. Hauptdarsteller Alexander Fehling wird für seine Leistung mit dem Förderpreis Deutscher Film ausgezeichnet.

Anschließend nimmt Thalheim ein Theaterprojekt in Angriff: Gemeinsam mit Kolja Mensing schreibt 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 feiert. Robert Thalheims dritter Kinofilm "Westwind", über zwei DDR-Bürgerinnen, die Ende der 80er Jahre während eines Urlaubs eine Flucht in den Westen wagen, kommt im August 2011 in die Kinos.