Det var min manns styrke som regissør, da han kom her til Tyskland, at han selv kunne spille alle roller, at han var så praktfull en skuespiller. (...) han kunne få oss skuespillere til å se det menneskelige i enhver rolle, stor eller liten. Det var hans ubønnhørlige kunstneriske alvor, som hevet filmen fra gjøgleri til å være kunst"
I 1910 debuterte han som filmskuespiller i den oppsiktsvekkende og banebrytende filmen Afgrunden – hvor også Asta Nielsen og Poul Reumert debuterte. Året etter kom han til Nordisk Film hvor han i 1912 begynte å regissere filmer. Det dreier seg omkring 70 film for Nordisk Film i perioden 1912 til 1917. I 1918 kom han til det svenske Palladium som var et datterselskap til AB Skandinavisk Filmcentral, hvor han iscenesatte to filmer: Jefthas dotter (1919) og Ödets redskap (1922) – den sistnevnte ble først vist flere år etter den var blitt produsert, da den ble ansett for å være for dårlig, og etter filmen ble Robert Dinesen også sagt opp.
Kun i fullkommen frihet og selvstendighet kan man arbeide skapende. Filmen er noe, man skal gå til med hjerte og lyst - og det har jeg kun, når jeg er helt fri og har hele ansvaret. Jeg har aldri tålt utenforstående i mitt atelier, når jeg satte i scene, produsentene har alltid gitt meg blankofullmakt - nettopp fordi jeg var vant til ikke at ødsle med tid, materiale og penger - og nå skulle jeg finne meg i, at et propagandaministerium skulle gi meg direktiver? Næh, min herre! Siden den dag har jeg ikke filmet og ikke spillet "
Han sluttet da med å regissere filmer og konsentrerte seg fra da av i stedet om å male.
Robert Dinesen var sønn av Edvard Dinesen og Eline Jensen. Han var gift første gang med skuespillerinne Marie Dinesen (1877–1935), andre gang med skuespillerinnen Johanne Dinesen (født 1882) og tredje gang med den tyske skuespillerinne Margarete Schön (1895 – 1985). Han bodde i Berlin inntil sin død i 1972. Robert Dinesen var far til forfatteren Kirsten Thomsen (født 11. juli 1900) og Eli Westermann.