Foi subchefe para Assuntos Econômicos do Ministério das Relações Exteriores de 1991 a 1996;
A partir de 2001, participou da criação e dirigiu de 2001 a 2005 a Coordenação-Geral de Contenciosos do Ministério das Relações Exteriores, atuando como chefe de delegação em contenciosos como o caso do algodão, contra os Estados Unidos, subsídios à exportação de açúcar, contra a União Europeia e "Medidas que Afetam a Importação de Pneus Reformados", iniciado pela União Europeia.[7] Das três contendas, a última não foi bem sucedida;
Em 2005 até 2006 passou a chefiar o Departamento Econômico do MRE, quando foi chefe da delegação brasileira na Rodada Doha;
Entre 2006 e 2008, foi subsecretário-geral de Assuntos Econômicos e Tecnológicos do MRE;
Desde setembro de 2008, é o representante permanente do Brasil junto à OMC e outras organizações econômicas em Genebra.
Foi indicado pelo Brasil em dezembro de 2012 para concorrer à direção-geral da OMC no período de 2013-2017. Venceu a disputa contra o mexicano Herminio Blanco, que tinha o apoio dos Estados Unidos e da União Europeia, e em 7 de maio 2013, foi eleito diretor-geral para um período de quatro anos, sendo o primeiro latino-americano a ocupar o cargo para um mandato completo, a partir de 1º de Setembro de 2013.[8]
Em fevereiro de 2017, foi indicado pelos membros da OMC, por consenso, para permanecer no cargo de diretor-geral da entidade por mais quatro anos, a contar de 1º de setembro de 2017.[9] Em 2020, renuncia o cargo antes do fim do mandato para assumir a vice-presidência da PepsiCo.
Vida pessoal
Roberto Azevêdo é casado com a embaixadora Maria Nazareth Farani e tem duas filhas.[6]