De 1903 a 1910 fue profesor de zoología y geología en el Victoria College de Stellenbosch, Sudáfrica, y posteriormente se convirtió en conservador de paleontología de vertebrados en el Museo Sudafricano de Ciudad del Cabo. Su carrera científica estuvo marcada por una combinación de brillantez, excentricidad y una personalidad apasionada que lo llevó a enfrentarse tanto a instituciones como a colegas.

Robert Broom nació en el número 66 de Back Sneddon Street en Paisley, Renfrewshire, Escocia, hijo de John Broom, diseñador de estampados de calicó y chales de Paisley, y Agnes Hunter Shearer. En 1893 se casó con Mary Baird Baillie, su novia de la infancia, con quien mantuvo un matrimonio estable durante toda su vida.

En sus estudios de medicina en la Universidad de Glasgow, Robert Broom se especializó en obstetricia. Tras graduarse en 1895, viajó a Australia, donde se ganaba la vida ejerciendo la medicina. Se estableció en Sudáfrica en 1897, justo antes de la Guerra de los Bóers. De 1903 a 1910 fue profesor de Zoología y Geología en el Victoria College de Stellenbosch (posteriormente Universidad de Stellenbosch), pero fue destituido por promover la teoría de la evolución, lo que refleja el clima conservador de la época. Estableció una consulta médica en la región del Karoo, en Sudáfrica, una zona rica en fósiles de terápsidos. Gracias a sus continuos estudios de estos fósiles y de la anatomía de los mamíferos, fue nombrado miembro de la Royal Society en 1920.

Tras el descubrimiento del niño de Taung por Raymond Dart en 1924, Broom se interesó profundamente por la búsqueda de ancestros humanos y comenzó a trabajar con fósiles mucho más recientes procedentes de las cuevas de dolomita al noroeste de Johannesburgo, en particular la cueva de Sterkfontein (actualmente parte del sitio Patrimonio de la Humanidad de la Cuna de la Humanidad). Además de describir muchos fósiles de mamíferos de estas cuevas, identificó varios fósiles de homínidos, el más completo de los cuales fue un cráneo de australopiteco, apodado Sra. Ples, y un esqueleto parcial que indicaba que los australopitecos caminaban erguidos. Estos hallazgos fueron fundamentales para demostrar que los australopitecos eran homínidos bípedos y no simples simios.

Robert Broom murió en Pretoria, Sudáfrica, en 1951.

Robert Broom se dio a conocer inicialmente por su estudio de los terápsidos. Tras el descubrimiento del Niño de Taung, un australopiteco infantil, por Raymond Dart, el interés de Broom por la paleoantropología se intensificó. La carrera de Broom parecía haber llegado a su fin y se hundía en la pobreza cuando Dart escribió a Jan Smuts para informarle de su situación. Smuts, presionando al gobierno sudafricano, logró conseguirle a Broom un puesto en 1934 en el Museo de Transvaal, en Pretoria, como asistente de paleontología. Desde allí, Broom inició una de las etapas más productivas de su vida científica.

Robert Broom ha sido descrito como «uno de los grandes paleontólogos del Karoo (y, en particular, de los terápsidos)», habiendo logrado describir 369 holotipos de terápsidos a lo largo de su vida, a los que adscribió 168 géneros nuevos. Broom tiene fama de «dividedor», lo que ha dado como resultado que solo alrededor del 57 % de sus holotipos se sigan considerando válidos a fecha de 2003. Aun así, su contribución al conocimiento de los terápsidos —los “reptiles mamiferoides” que precedieron a los mamíferos— fue monumental.

En los años siguientes, él y John T. Robinson realizaron una serie de hallazgos espectaculares, incluyendo fragmentos de seis homininos en Sterkfontein, a los que denominaron Plesianthropus transvaalensis, popularmente llamados Sra. Ples, pero que posteriormente fueron clasificados como un Australopithecus africanus adulto, así como otros descubrimientos en yacimientos de Kromdraai y Swartkrans.

En 1937, Broom realizó su descubrimiento más famoso al definir el género de homininos robustos Paranthropus con el hallazgo de Paranthropus robustus. Estos descubrimientos contribuyeron a respaldar las afirmaciones de Dart sobre las especies de Taung y consolidaron la importancia de Sudáfrica en la paleoantropología mundial.

Por su volumen Los hombres-mono fósiles de Sudáfrica, los Australopithecus, en el que propuso la subfamilia Australopithecus, Broom recibió la Medalla Daniel Giraud Elliot de la Academia Nacional de Ciencias en 1946.

El resto de la carrera de Robert Broom lo dedicó a la exploración de estos yacimientos y a la interpretación de los numerosos restos de homínidos primitivos allí descubiertos. Continuó escribiendo hasta el final. Poco antes de su muerte, terminó una monografía sobre los australopitecos y le comentó a su sobrino: «Ahora que eso ha terminado… yo también». Esta frase se ha convertido en una de las más citadas de la historia de la paleoantropología.

Robert Broom era un inconformista profundamente interesado en lo paranormal y el espiritualismo; criticaba el darwinismo y el materialismo. Creía en la evolución espiritual. En su libro El origen del hombre: ¿Accidente o designio? (1933), afirmaba que la evolución había sido guiada por «agencias espirituales», ya que los animales y las plantas eran demasiado complejos para haber surgido por azar. Según Broom, existían al menos dos tipos diferentes de fuerzas espirituales, y los médiums eran capaces de percibirlas. Broom sostenía que la evolución tenía un plan y un propósito, y que el origen del Homo sapiens era el fin último de la evolución. Según Robert Broom, «gran parte de la evolución parece haber sido planeada para dar como resultado al hombre, y a otros animales y plantas, para hacer del mundo un lugar adecuado para que lo habitara».

Tras descubrir el cráneo de la señora Ples, se le preguntó a Broom si había excavado al azar; Broom respondió que los espíritus le habían dicho dónde encontrar sus descubrimientos. Este tipo de declaraciones, aunque chocantes hoy, reflejan su personalidad excéntrica y su visión espiritualista del mundo.

Robert Broom tenía un marcado interés por los pueblos khoisan, que incluía la recolección de sus restos, incluso los de personas recientemente fallecidas, así como la exhumación de tumbas antiguas. Robert Broom comenzó a recolectar restos humanos modernos en 1897, poco después de mudarse a Sudáfrica. Ese año recolectó los restos de tres ancianos hotentotes que habían muerto cerca de Port Nolloth tras una sequía en la región. Broom declaró que les cortó la cabeza y la hirvió en latas de parafina en la estufa de la cocina. Sus cráneos fueron enviados posteriormente a la facultad de medicina de la Universidad de Edimburgo, junto con un feto de siete meses, del cual Broom había extraído el cerebro, que conservó por separado.

Robert Broom también obtuvo restos de prisioneros fallecidos, y declaró: «Si un prisionero muere y uno quiere su esqueleto, probablemente haya dos o tres regulaciones que lo impidan, pero al entusiasta no le preocupan esas regulaciones». Broom dijo que había enterrado varios cadáveres en su jardín, dejándolos descomponerse antes de recuperar sus huesos. Entre estos restos se incluyen los de dos hombres que estuvieron presos en la cárcel de Douglas: Andreas Links, un hombre !Ora de 18 años (catalogado como MMK 264), y un joven de 18 años perteneciente a la tribu Langeberg (catalogado como MMK 283), a quien se le tomó una fotografía en vida a petición de Robert Broom, a pesar de que esto contravenía las normas. Los esqueletos de ambos hombres se incorporaron a las colecciones del Museo McGregor en 1921.

Robert Broom describió a los pueblos khoisan como una raza «degenerada» y «degradada», especulando en 1907 que descendían de «la raza que construyó las pirámides» y de los «mongoloides», pero que habían «degenerado» debido al clima cálido de Sudáfrica. En sus obras posteriores, dividió a los pueblos khoisan en tres razas: bosquimanos, hotentotes y korana, basándose en supuestas diferencias tipológicas, siendo el esqueleto de Links el espécimen tipo de la raza korana. Otros antropólogos contemporáneos cuestionaron este sistema de clasificación, especialmente el de la raza korana. Robert Broom afirmó posteriormente haber «inventado a los korana». Todos estos sistemas de clasificación racial tipológica están desacreditados hoy en día, por basarse en criterios vagos, lo que resulta en una categorización rígida y arbitraria. El anatomista Goran Štrkalj escribió que: «Es obvio que el trabajo antropológico de Broom estuvo… influenciado por los estereotipos y prejuicios racistas de la época».

A pesar de estas sombras, su contribución científica en paleontología y paleoantropología es inmensa. Fue uno de los primeros en demostrar que los australopitecos eran homínidos bípedos y no simples simios, y su trabajo en Sterkfontein, Kromdraai y Swartkrans ayudó a establecer la importancia de Sudáfrica en la historia evolutiva humana.