De två engelska spelarna delade de fyra första ramarna innan O'Sullivan slog en 124 klartecken att kant framåt i semifinalen i Cardiff.
O'Sullivan, en trefaldig mästare, gjorde sedan pauser på 94 och 88 för att leda 5-2 innan han vann med en 78.
Australiens Robertson slog Nordirlands Mark Allen 6-4 för att nå sin andra final, att spelas på söndag.
Robertson, 2007 mästare, hade följt 2-0 i bästa-av-11 ram match, men vann den avgörande tredje ram efter en foul av Allen, av Nordirland.
Världen nummer tre vann sedan fem på varandra följande ramar för att leda 5-2 och stod emot en comeback av Allen för att nå finalen.
Talar efter semifinalen, O'Sullivan, 40, jämförde Robertson med den filmiska cyborglagens exekutör RoboCop.
"Jag har sett honom genom UK Championships och han aldrig visade känslor genom hela turneringen, " O'Sullivan berättade BBC Sport, före den bästa av 17 final.
"Det visar vilken otrolig professionell han är. Han är Robocop, han är som den nya Steve Davis eller Stephen Hendry."
Robertson, 34, tror att O'Sullivan är titelns favorit.
"Jag har inget emot att flyga under radarn", tillade han. "Det är trevligt, jag kan vara underdog."
Ronnie O'Sullivan slog Joe Perry 6-3 för att nå Welsh Open-finalen där han ska spela Neil Robertson.