Kimball var hovedvokalist på Totos fire første album, som blant annet inkluderte bandets store hits «Hold the Line», «Rosanna» og «Africa». Han forlot bandet under innspillingen av bandets femte album, Isolation, hvor han bare medvirker med bakgrunnsvokal. Han medvirker dessuten på bandets filmmusikk-album Dune.
Etter den første perioden i Toto prøvde han seg som soloartist, men uten stor suksess. Men han fortsatte som studiomusiker, før han i 1990 ble spurt om å bli med i Toto igjen. Bandet ombestemte seg, og ga jobben til Jean-Michel Byron. I 1998 var han tilbake i Toto, og var hovedvokalist på albumet Mindfields. Senere var han med på ytterligere to studioalbum og tre konsertalbum. Toto ble så oppløst i 2008, og Kimball var ikke med på gjenforeningen av bandet i 2010.
En vandrehistorie vedrørende opprinnelsen til bandet Totos navn involverer Bobby Kimball, med en feilaktig påstand om at hans riktige etternavn er Toteaux. Totos gitarist Steve Lukather har gjentatte ganger avkreftet denne lille spøken med opprinnelse fra slutten av 1970-tallet, men til og med på Allmusics sider er han fremdeles registrert med «fødenavn» Robert Toteaux.[2]