Comme réalisateur, Robert Harmon se fait remarquer dès ses débuts en 1986 avec le thriller Hitcher, road movie sanglant, dominé par l'imposante stature de Rutger Hauer, récompensé aux Festivals de Cognac et d'Avoriaz. Cinq ans plus tard, le metteur en scène dirige John Travolta dans le drame indépendant Eyes of an angel, avant de s'attaquer au film d'action avec Cavale sans issue (1993) interprété par Jean-Claude Van Damme.

Se consacrant essentiellement à la télévision tout au long des années 90, Robert Harmon revient vers le cinéma en 2003 avec le film fantastique Le Peuple des ténèbres. Il met ensuite en scène Jim Caviezel dans Highwaymen : la poursuite infernale (2004), un road thriller dans la lignée de son plus gros succès Hitcher.