Léo-Paul Robert wurde am 19. März 1851 geboren. Sein Vater Aurèle Robert, der aus La Chaux-de-Fonds stammte, war der Bruder und Schüler des Malers Léopold Robert. Aurèle heiratete in den 40er-Jahren die Bielerin Julie Schneider und liess sich in der Stadt Biel nieder, wo er vorwiegend Porträts malte, darunter zahlreiche von Bieler Persönlichkeiten. Seinem Sohn Léo-Paul, der zunächst das Gymnasium in Biel besuchte, gewährte er schon früh Malunterricht und ermöglichte ihm ab 1869 eine Ausbildung in München, Florenz und Paris.

Léo-Paul lebte, ähnlich wie Albert Anker, im Winter in Paris und während des Sommers im Seeland. Nach einer Krise gab er zunächst die Malerei auf und arbeitete sodann seelsorgerisch, bis ihn eine Vision auf einer Reise nach Jerusalem 1885 zur Malerei zurück führte.

Léo-Paul Robert bediente sich in seinem Schaffen häufig des Stilmittels der Allegorie: der Verbildlichung abstrakter Begriffe, beispielsweise durch die Darstellung menschlicher Gestalten. Mit seinem Anliegen, der Vermittlung einer göttlich beseelten Welt, entsprach Robert durchaus dem zu seiner Zeit vorherrschenden Künstlerideal. Er erlangte bald grosse Beachtung, wurde für seine Werke international ausgezeichnet und arbeitete zwischen 1886 und 1905 vorwiegend an Aufträgen in öffentlichen Gebäuden: Er schuf Wandmalereien am «Historischen Museum» in Bern und im damaligen Bundesgericht in Lausanne. Ausserdem arbeitete er neun Jahre lang an einem Wandbild im Treppenhaus des «Musée d’art et d’histoire» in Neuenburg, für das er ein speziell darauf ausgerichtetes Atelier erbaute: das «Atelier Robert» im Ried, das noch besteht und heute von der Stadt Biel an Künstlerinnen und Künstler weiter vermietet wird.

Trotz seines Erfolgs glaubte Robert zu erkennen, dass seine Allegorien nicht verstanden werden und begann daraufhin mit der naturalistischen Darstellung von Landschaften und Tieren. Er malte nunmehr vorwiegend Raupen, Schmetterlinge und Vögel. Dieser Wandel ist insofern nicht verwunderlich oder als grundlegende Veränderung zu verstehen, als in seiner Weltsicht die Natur ebenso wie der Mensch Bilder des Göttlichen waren. Vor allem dieses naturalistische Spätwerk Roberts ist heute zu einem Teil in der Sammlung Robert des «Museums Neuhaus» zu sehen, daneben Tier- und Pflanzendarstellungen seiner Söhne Philippe und Paul-André.

Léo-Paul Robert war mit Berthe von Rütte verheiratet und hatte mit ihr zehn Kinder, von denen mindestens die drei Söhne Philippe, Paul-André und Théophile künstlerisch tätig waren. Im letzten Jahrzehnt seines Lebens suchte Léo-Paul Robert vermehrt die Einsamkeit in der Natur. Er erbaute sich 1907 im Jorat ob Orvin ein Sommerhaus nach eigenen Plänen und verliess 1911 das Ried. Léo-Paul Robert starb 1923.