Robert Mehlhart studierte Kirchenmusik, Musikwissenschaft und Theologie an der Universität für Musik und Darstellende Kunst Wien und der Universität Oxford. Als Experte für Gregorianischen Choral wird Robert Mehlhart regelmäßig zu internationalen wissenschaftlichen Fachtagungen (MedRen, Cantus Planus, etc.) eingeladen und ist gefragter Leiter für Workshops in Gregorianik, mittelalterlicher Monodie und modaler Improvisation. Seit 2018 ist er Lehrbeauftragter an der Hochschule für Musik und Theater München.
Mit seinem Ensemble Cantatorium und dem Pianisten Tim Allhoff produzierte er 2022 ein Gregorianik-Jazz crossover Album für Sony Classical International. Regelmäßige Aufnahmen mit dem Label Resonando, darunter zahlreiche Erstaufnahmen aus dem Repertoire der Münchner Hofkapelle dokumentieren sein künstlerisches Schaffen.
Pater Dr. Robert Mehlhart ist Vizepräsident des Allgemeinen Caecilienverbandes für Deutschland, der die Kirchenmusik im Deutschen Musikrat und vor der Deutschen Bundesregierung vertritt.
Seit 2012 ist er Kapellmeister der Hof- und Stiftskirche St. Kajetan (Theatinerkirche) in München. In dieser Position leitet er die Vokalkapelle der Theatinerkirche (vormals königliche Vokalkapelle, bestehend aus Berufssängern) und das Orchester von Sankt Kajetan, dessen Mitglieder aus den renommierten Orchestern Münchens sowie aus den Meisterklassen der Hochschule für Musik und Theater München stammen.