Robert van Rooij werkt aan de semantiek van natuurlijke taal, gebaseerd op inzichten uit de cognitieve wetenschap, en met behulp van formele tools uit de logica, (probabilistische) causale modellen en beslissings- en (evolutionaire) speltheorie.

Van Rooij studeerde filosofie en taalkunde en promoveerde aan het Institute for Natural Language Processing in Stuttgart. Direct daarna ging hij aan de slag bij het ILLC. Hij werd in 2013 benoemd als hoogleraar. Sinds 2013 leidt hij de onderzoekseenheid Logic and Language van het ILLC en was als zodanig ook lid van het Managementteam.

Hij verkreeg voor zijn onderzoek diverse nationale (KNAW, NWO) en internationale (ERS, ESF) beurzen en was (en is) bestuurslid van enkele grote (inter-)nationale projecten. Momenteel leidt hij het door NWO gesponsorde project 'Van leren naar betekenis'

Als directeur van het ILLC zal Robert van Rooij onderzoek stimuleren dat bijvoorbeeld bijdraagt aan het beter (logisch) begrijpen van machine learning algoritmen zoals die met name worden gebruikt voor de analyse van de natuurlijke taal.