En 1914, il est diplômé en peinture par l'université des arts de Berlin. Mais il est enrôlé pour la guerre. De 1916 à 1918, il est décorateur au Heerestheater à Vilnius. Il commence dans le cinéma en 1920. Hermann Warm le fait engager au sein de Decla-Bioscop. Avec Walter Röhrig, il conçoit des décors et des costumes. Avec Warm, il crée les installations pour le film Les Trois Lumières de Fritz Lang.
La coopération entre Herlth et Roehrig dure jusqu'en 1936 et jusqu'à réaliser Hans im Glück la même année. En 1937, Robert Herlth rejoint Tobis-Tonbild-Syndikat puis en 1939, Terra Filmkunst.
Après la Seconde Guerre mondiale, Herlth travaille principalement pour des théâtres de Berlin. Il revient au cinéma avec Entre hier et demain en 1947. Pour les décors de Les Buddenbrook, une adaptation du roman de Thomas Mann, il reçoit le Deutscher Filmpreis du meilleur décor. Après 1961, il travaille pour la télévision. Son frère Kurt Herlth, avec qui il collabore à plusieurs reprises, est aussi décorateur.
