1997年，执导由朱迪·福斯特、马修·麦康纳合作主演的科幻片《超时空接触》，该片展开一场关于科学与宗教信仰问题的讨论，罗伯特·泽米吉斯获得了第24届土星奖最佳导演奖提名。1998年，罗伯特·泽米吉斯与制作人斯塔基和杰克拉普克组建电影公司，他选择以一部悬疑片《危机四伏》为公司作品的类型取向奠基。

2000年，执导冒险片《荒岛余生》，该片由汤姆·汉克斯、海伦·亨特等主演。2001年3月，罗伯特·泽米吉斯数字艺术中心在南加州大学的电影电视学院落成，成为美国第一所数字技术培训中心。

2004年，罗伯特·泽米吉斯第一次将CG动画真人捕捉技术用于动作片《极地特快》，该片作为第一部全部用数字捕捉技术的电影，被载入了《吉尼斯世界纪录》，同时获得第58届英国电影学院奖儿童奖最佳电影长片。

2006年，监制由米切尔·莫索等主演的悬疑动画片《怪兽屋》，罗伯特·泽米吉斯在该片中使用了真人捕捉技术。

2007年，拍摄改编同名作品的魔幻片《贝奥武夫》，该片由雷·温斯顿、安东尼·霍普金斯合作主演。2009年，罗伯特·泽米吉斯用IMAX 3D的形式拍摄改编自狄更斯小说的魔幻喜剧片《圣诞颂歌》，该片由金·凯瑞主演。

2010年，监制讲述了滑稽表演发展历程的剧情片《滑稽表演的幕后》。2011年，罗伯特·泽米吉斯担任家庭动画片《火星救母记》的制作人，该片采用动作捕捉技术，由赛斯·格林、丹·福勒、琼·库萨克参与演出。

2012年，拍摄由丹泽尔·华盛顿主演的动作片《航班》。2015年，执导由约瑟夫·高登-莱维特、夏洛特·莱本、本·金斯利领衔主演的3D传记剧情片《云中行走》，该片是第53届纽约电影节的开幕影片。

2018年，执导由史蒂夫·卡瑞尔、黛安·克鲁格领衔主演的电影《欢迎来到马文镇》。

2021年1月，卢克·伊万斯确认加盟迪士尼《匹诺曹》真人电影，他将在片中饰演以引诱、拐卖“愚蠢的小男孩”而臭名昭著的反派马车夫一角。

2022年，执导电影《木偶奇遇记》。6月，由罗伯特·泽米吉斯执导的迪士尼真人电影《匹诺曹》发布首支预告和海报，定档9月8日上线。

2024年11月1日，执导的电影《这里》在北美上映。

罗伯特·泽米吉斯多年来在电影动画技术上孜孜不倦地求新求变，人们往往关注于他那具有时代意义的创新手法上，将他归结为痴迷于现代技术的类型电影革新者。罗伯特·泽米吉斯的大多数电影，都像是一个个风格独特的成人童话。他的作品中，总是有干净的纯粹，有奇妙的梦境，有融融的暖意，而喜欢罗伯特·泽米吉斯的电影的人，也一定和他一样心怀童真（腾讯网评）。