Studium der Mathematik, Naturwissenschaften und schließlich Medizin in Göttingen. 1866 Promotion in Medizin bei Jacob Henle. Ab 1872 Kreisphysikus und praktischer Arzt in Wollstein. 1880 Berufung in das Reichsgesundheitsamt in Berlin.

1885 Professor für Hygiene und Leiter des von ihm gegründeten Hygienischen Instituts in Berlin.

Die Entwicklung neuer Färbungs- und Fixierungsmethoden führte Koch 1882 zur Entdeckung des Tuberkelbazillus, womit die große Wende in der Infektionslehre der Medizin des endenden 19. Jahrhunderts bewirkt wurde. Es folgten die Entdeckung des Choleravibrio und die Darstellung des Tuberkulins. Erfolge in der Bekämpfung von Infektionskrankheiten wie Cholera, Rinderpest, Pest, Malaria, Typhus, Pferdesterbe und Schlafkrankheit im Zusammenhang mit zahlreichen Expeditionen, die Koch nach Ägypten, Indien, Italien und Südafrika führten. Koch hat außerdem als Lehrer überaus fruchtbringend gewirkt. Ärzte vieler Nationen haben bei ihm gelernt und nach seinen Lehren erfolgreich gearbeitet.

1905 Nobelpreis für Medizin "für seine Untersuchungen und Entdeckungen auf dem Gebiet der Tuberkulose".