Robert Gambill gehört zu gefragtesten Interpreten im dramatischen Heldentenorfach und tritt an den führenden Opernhäusern und Konzertsälen Europas und in Übersee auf. 1999 sang er erstmals unter Leitung von Daniel Barenboim den Tannhäuser an der Staatsoper Berlin, seither sang er diese Partie auch in Madrid, München, Toulouse, Dresden, an der Deutschen Oper Berlin, an der Hamburgischen Staatsoper, an der Scala di Milano, in Baden-Baden, in San Diego und Barcelona und bei mehreren Gesamtgastspielen in Japan.

Als Florestan, Siegmund, Max und Parsifal konnte er in Berlin, Tokyo, Stuttgart, Dresden, Genf, San Francisco und München begeistern. Ein Meilenstein in seiner Karriere war sein erster Tristan beim Glyndebourne Festival 2003, der 2007 verfilmt wurde und dem Einladungen nach Dresden, Lissabon, Baden-Baden und im Frühjahr 2009 an die Mailänder Scala folgten. Neben Wagner sang er in München den "Prinzen" in Humperdinck's Königskinder, Oedipus Rex an der Metropolitan Oper in New York unter der Leitung von Valerij Gerghiev, Peter Grimes in Berlin, bei den Salzburger Osterfestspielen und in Dresden.

Von 2005 - 2008 wirkte Robert Gambill als Loge und Siegmund beim Ring-Projekt in Aix-en-Provence in Zusammenarbeit mit den Salzburger Osterfestspielen, den Berliner Philharmonikern und Simon Rattle mit.

2009 war Robert Gambill als Tristan an der Scala di Milano in Madrid und in Köln zu hören sowie als Peter Grimes an der Sächsischen Staatsoper Dresden; 2010 als Phoebus in Franz Schmidt's Notre Dame an der Sächsischen Staatsoper Dresden, als Aegisth in Elektra an den Salzburger Festspielen und 2011 als Tannhäuser auf Schloss Neuschwanstein sowie an der Deutschen Oper Berlin.

Gambill ist auch ein gefragter Konzertsänger. Carnegie Hall, Tanglewood, Philadelphia, London Proms, Santa Cecilia Rom, Berliner Philharmoniker, Chicago Symphony Orchestra, Cleveland Symphony, Tschechische Philharmonie Prag, Edinburgh, Salzburg und Lucerne Festival gehören zu den wichtigen Konzertveranstaltern, die sich der Mitwirkung von Robert Gambill versichert haben. Dirigenten, mit denen er regelmässig zusammenarbeitet, sind Daniel Barenboim, Zubin Mehta, Fabio Luisi, Esa-Pekka Salonen, Pinchas Steinberg, Jeffrey Tate, Michael Tilson-Thomas, Sir Colin Davis und Sir Simon Rattle.