Robert Lamoureux commence sa carrière au cabaret, où il interprète ses propres chansons et récite des monologues cocasses. Il fut un des précurseurs de ce qu'on appelle aujourd'hui le stand-up bien avant les comiques actuels se vantant d'importer ce style scénique en France. En bon saltimbanque, Robert Lamoureux touchera par la suite à toutes les facettes du spectacle : music-hall, disque, radio, théâtre... Il est l'auteur de pièces de boulevard et a reçu un grand prix du disque avant que le cinéma s'intéresse à lui. Il connaît de gros succès dans les années 1950, avec des comédies dignes du théâtre de boulevard où il impose un personnage mince, séduisant et drôle. De cette époque, on peut retenir des comédies relevées telles que
Papa, maman, la bonne et moi (1954) de
Jean-Paul Le Chanois, inspiré d'un de ses numéros de cabaret, et
Papa, maman, ma femme et moi (1955), du même réalisateur. En 1955, il joue avec
Betsy Blair dans Rencontre à Paris. Il incarne deux fois un Arsène Lupin plein de gouaille (Les Aventures d'Arsène Lupin, 1956, de
Jacques Becker ; Signé Arsène Lupin, 1959, d'Yves Robert).
En 1960, il passe derrière la caméra pour réaliser des films adaptés de pièces de boulevard dont il est l'auteur (
Ravissante et La brune que voilà), qui connaissent des succès en salles mais rebutent la critique. Après une longue éclipse au cinéma, Robert Lamoureux réinvente le vaudeville militaire avec notamment la série de la Septième Compagnie, dont les exploits remplissent les salles : Mais où est donc passée la septième compagnie ? (1973), On a retrouvé la septième compagnie (1975), La Septième Compagnie au clair de lune (1977). On le retrouve dans un de ses meilleurs rôles dans L'Apprenti salaud (1977) de
Michel Deville. Mais Robert Lamoureux avoue que le cinéma l'ennuie : il préfère le théâtre auquel il consacre l'essentiel de sa carrière.
En 1972, il a un différend avec Claude François, en effet Robert Lamoureux avait écrit une chanson Viens à la maison et Claude François a écrit sa chanson homonyme. Robert Lamoureux porte plainte pour plagiat, Claude François perd son procès et il doit changer son titre qui devient Viens à la maison, y a le printemps qui chante. Robert Lamoureux écrira d'autres chansons comme Papa, maman, la bonne et moi ou Histoire de roses, ainsi quelques poêmes comme L'éloge de la fatigue.
Robert Lamoureux a été marié avec Magali de Vendeuil, pensionnaire de la Comédie Française, jusqu'au décès de celle-ci le 12 janvier 2009.