Fils de Marie Mélanie Exbrayat (1884-1935), épicière, et de Pierre Ernest Louis Robert Sabatier (1895-1931), combattant de la Première Guerre mondiale. De leur union célébrée le 19 juillet 1921 naît Robert André Auguste Robert Sabatier à Paris, le 17 août 1923.
Robert Sabatier est élevé à Montmartre et fréquente l'école communale de la rue de Clignancourt. Son père meurt le 1er mai 1931, sa mère le 1er mai 1935, il est alors recueilli par un oncle qui dirige une petite imprimerie, dans le quartier du canal Saint-Martin, et grâce auquel il apprend le métier de typographe à l'âge de 13 ans, puis devient libraire et éditeur.
De 1950 à 1962, Robert Sabatier travaille aux Presses universitaires de France. Il est ensuite directeur littéraire des Éditions Albin Michel durant sept ans, jusqu'à son élection à l'Académie Goncourt en 1971, ainsi qu'à l'Académie Mallarmé.
Ecrivain et poète prolifique, il est notamment l'auteur du roman Les allumettes suédoises publié en 1969, immense succès littéraire, dont la trame est puisée dans ses souvenirs d'enfance, entre Montmartre et le quartier du canal Saint-Martin. Robert Sabatier est aussi l'auteur d'une trentaine de romans et d'une Histoire de la poésie française (9 volumes, 1975-1982), ou il livre le fruit de nombreuses années de travail, de lectures passionnées et exaltantes. Il fut l'un des sociétaires de l'émission de radio Les Grosses Têtes sur RTL, animée par Philippe Bouvard, et ou Robert Sabatier sert de caution culturelle en l'absence de Jean Dutourd.
Le 31 mai 1946 à Roanne, premier mariage avec Georgette Louise Auroux, née à Roanne le 10 mars 1928 et décédée le 14 septembre 2015 à Lyon à l'âge de 87 ans. (Date du divorce inconnue). Puis le 7 juillet 1957 à Paris, Robert Sabatier épouse Jacqueline Christiane Lesparre, une peintre, romancière et écrivaine française née le 26 octobre 1928 à Bordeaux et décédée le 21 avril 2002 à Boulogne-Billancourt.
Robert Sabatier décède le 28 juin 2012 à l'hôpital Ambroise-Paré de Boulogne-Billancourt, il est inhumé le 2 juillet 2012 à Paris au cimetière du Montparnasse.