Seethaler besuchte die Schauspielschule im Wiener Volkstheater und wirkte in einer Vielzahl von Produktionen für Kino und Fernsehen sowie an Theatern in Wien, Berlin, Stuttgart und Hamburg mit. Dem Fernsehpublikum ist er als »Dr. Kneissler« in der Serie "Ein starkes Team" bekannt. 2015 war Robert Seethaler neben Rachel Weisz in der Rolle des Luca Moroder in Paolo Sorrentinos Kinofilm "Ewige Jugend" zu sehen, der im selben Jahr den Europäischen Filmpreis erhielt (bester Film, beste Regie).