Начал профессиональную хоккейную карьеру в 15-летнем возрасте в юношеской команде клуба ESV Kaufbeuren. Играл в разные годы за немецкие клубы низших немецких лиг EC Peiting, ETC Crimmitschau. Только в 2006 году перешёл в клуб более высокого уровня «ДЕГ Метро Старс».
16 июля 2007 года Дитрих подписал трёхлетний контракт начального уровня с командой из НХЛ «Нэшвилл Предаторз». Но на правах аренды первый год контракта играл за «ДЕГ Метро Старс». В 2008 Роберт уехал в США, но в основную команду «Нэшвилл Предаторз» не попал и был переведен в фарм-клуб «Милуоки Эдмиралс». Поиграв два сезона в фарм-клубе и показав достойные результаты так и не попал в основную команду. В 2010 году вернулся в Германию, где выступал за «Адлер Мангейм». Год спустя перебрался в КХЛ, ярославский «Локомотив»[4].
Роберт Дитрих на чемпионате мира 2010. Матч Россия-Германия (квалификация)
В составе национальной сборной Германии участник чемпионатов мира 2007, 2010 и 2011. В составе молодёжной сборной Германии участник чемпионатов мира 2005 и 2006. В составе юниорской сборной Германии участник чемпионата мира 2004.
Погиб на 26-м году жизни вместе с командой «Локомотив» 7 сентября 2011 года при взлёте самолёта с ярославского аэропорта. Роберт Дитрих введён в немецкий Зал хоккейной славы[5], а 20 номер в сборной Германии выведен из оборота. 28 сентября 2011 года похоронен в Кауфбойрене[6].
