Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Australiska Robertson, 34, hade vunnit de två första ramarna i den bästa av 17 finalen och utökade sin ledning till 5-2 under den första sessionen i Cardiff.
Men O'Sullivan, 40, vann nästa sju ramar, förseglar seger med en paus på 141 för att flytta nivå med John Higgins på fyra walesiska öppna titlar.
"Jag känner mig krossad, jag behöver en månad av bara avkopplande", sade engelsmannen.
O'Sullivan orsakade kontroverser tidigare i veckan när han tackade nej till möjligheten till en 147 paus, vilket gjorde 146 istället.
Han talade också om sin tristess på turneringar.
Men han sade att han hade haft en "fantastisk vecka" och skulle nu vila inför VM i april.
"Det är den som alla vill ha", sa han till BBC Sport.
"Jag är inte berättigad till några andra turneringar som jag inte kvalificerar, så min kö kommer att lugna ner sig i en månad eller så."
2007 års mästare Robertson, som beskrevs av O'Sullivan som "den bästa spelaren i världen", pekade ut den nionde ramen som det viktigaste ögonblicket.
"När han väl fått upp svansen och farten det var svårt att brottas tillbaka från honom", sade världen nummer tre.
"Alla vet att han är en fantastisk löpare och han drog iväg och avslutade matchen i stil. Jag gjorde misstag och det är vad som händer när man utsätts för påtryckningar."
36 - Stephen Hendry Ordförande
28 - Ronnie O'Sullivan, John Higgins, Steve Davis
18 - Markus Williams
Ronnie O'Sullivan vann sju ramar i rad för att slå Neil Robertson 9-5 och vinna sin fjärde Welsh Open titel.