Né en Espagne de parents brésiliens d'origine libanaise, Roberto Merhi commence la monoplace en 2007 dans le championnat d'Italie de Formule Renault, qu'il conclut à une prometteuse quatrième place. L'année suivante, il grimpe d'un échelon en courant dans le championnat occidental de Formule Renault, où il termine à la deuxième place derrière Daniel Ricciardo. En 2009 Merhi est alors engagé par Manor Motorsport pour concourir en F3 Euro Series, où il termine septième sans aucune victoire. Chez Mücke Motorsport l'année suivante, l'Espagnol gagne enfin à Hockenheim mais ne termine que cinquième au championnat. Il prend également part à la première saison de GP3 chez Atech GP, où trois podiums lui permettent de terminer à la sixième place du championnat. Passé chez Prema pour 2011, il confirme enfin et remporte un total de onze victoires pour empocher le titre.

En 2012 il quitte la monoplace et rejoint les rangs du DTM chez Persson-Mercedes. Malheureusement, c'est une année très décevante où il n'arrive à ne devancer que sa coéquipière, Susie Wolff, et finit avant-dernier du classement général sans aucun point marqué. Passé chez HWA-Mercedes pour 2013 il marque ses premiers points dès la première course de la saison, et termine même sur le podium à l'occasion de la dernière course. Mais ces performances sont jugées insuffisantes, notamment face à ses coéquipiers, et Roberto est condamné à quitter le DTM à la fin de l'année.

Cependant, il retrouve les chemins de la monoplace en Formule Renault 3.5 et s'empare du volant chez Zeta Corse. A la surprise générale, il performe beaucoup dans cette petite écurie et parvient même à inquiéter Carlos Sainz Jr. pour le titre jusqu'à la fin de l'été ! Cela lui vaut d'être engagé par l'agonisante Caterham F1 Team en tant que pilote d'essais. Il pouvait décrocher un poste de titulaire, mais la FIA refusa de lui accorder sa super-licence obligatoire pour prendre le départ d'un Grand Prix. Finalement, Roberto termine troisième du championnat de FR 3.5 suite à deux abandons lors de la dernière manche.

Engagé par Pons Racing pour une deuxième année dans le championnat, Merhi voit cependant les portes de la Formule 1 se rouvrir devant lui lorsque l'équipe Manor-Marussia renaît de ses cendres quelques jours avant le Grand Prix d'Australie. Malheureusement, la voiture ne sera pas prête à temps et il ne roulera pas du week-end, tout comme son équipier Will Stevens. A la course suivante en Malaisie, il peut enfin prendre le départ, pour se rendre compte que le châssis, qui n'est qu'une évolution de celui utilisé en 2014, est très loin du reste du peloton ! Ainsi, Stevens et lui ne peuvent se contenter que des dernières places de chaque course, la fiabilité étant la seule qualité de la MR03B. En parallèle, l'Espagnol évolue toujours en FR 3.5, mais l'écurie Pons est loin d'être compétitive et il peine à retrouver son niveau de l'année précédente. Sur le Red Bull Ring en Autriche, il est même l'auteur d'une manœuvre extrêmement dangereuse : après la fin de la première course, Roberto ralentit près de son emplacement de départ de la seconde course pour y déposer de la gomme. Arrivent alors Nicholas Latifi et Tom Dillmann qui se disputaient la quatrième place, mais le premier est surpris par la manœuvre de Merhi, ne peut l'éviter et part en tonneaux de façon spectaculaire. Bien que les pilotes soient tous les deux indemnes, Merhi est exclu du meeting et est très critiqué. Son incompréhensible comportement pourrait lui coûter sa place, tant en Formule Renault qu'en Formule 1.

Il abandonne définitivement la FR3.5 et continue sa carrière avec Manor. Sa deuxième partie de saison est faite dans l'anonymat le plus complet, même s'il rallie l'arrivée douze fois sur treize. Treize en effet, car il est remplacé par Alexander Rossi qui est parvenu à récolter un petit budget pour la fin de saison. Merhi roule néanmoins à Sotchi et à Abu Dhabi car Rossi termine en parallèle sa saison en GP2.

Au final, c'est une dix-neuvième place au classement que décroche l'espagnol, grâce à sa douzième place acquise en Grande-Bretagne. Il ne fait pas partie des plans de Manor en 2016, ni d'une autre écurie, et quitte la Formule 1 sans laisser une grande trace de son passage. Il continue néanmoins l'aventure Manor en WEC, où il retrouve Will Stevens.