Pracował w administracjach prezydentów USA Ronalda Reagana, George'a Busha, i George'a W. Busha

Od 7 lutego 2001 do 22 lutego 2005 roku pełnił funkcję pełnomocnika rządu USA ds. handlu zagranicznego. Bronił wówczas m. in. ochrony patentowej koncernów farmaceutycznych, występując przeciwko dopuszczaniu leków generycznych.

Od 22 lutego 2005 do 5 lipca 2006 roku był zastępcą sekretarza stanu USA Condoleezzy Rice. Wynegocjował m. in. porozumienie między walczącymi frakcjami w Sudanie, a także układ z Chinami, który pozwolił im na wejście do Światowej Organizacji Handlu

Był wymieniany jako kandydat na następcę sekretarza skarbu USA Marka Snowa. Ostatecznie trafił do dyrekcji banku Goldman Sachs.

30 maja 2007 roku prezydent USA George W. Bush ogłosił nominację Zoellicka na prezesa Banku Światowego. Były szef Banku Światowego, Paul Wolfowitz został zmuszony do ustąpienia przed upływem pięcioletniej kadencji, z powodu zarzutów nepotyzmu. 25 czerwca zarząd Banku Światowego zatwierdził jednomyślnie nominację Roberta Zoellicka na prezesa.

Ukończył studia na Harvard University