Robert Klein fut notamment le collaborateur de Marcel Bataillon, professeur au Collège de France, et d’André Chastel, à l’École Pratique des Hautes Études et à la Sorbonne. Il fut l’auteur de nombreuses études, dont le regroupement fait une somme inattendue sur la pensée et les symboles à la Renaissance, sur la pratique et la théorie de la perspective et de l’espace, sur l’esthétique et la morale.
« Robert Klein, écrit André Chastel, circule sans aucune espèce d’embarras ni de confusion de la science à l’art, de la philosophie à l’interprétation des styles. Il considère avec prédilection les points d’interférence comme les emblèmes, où l’image se noue avec l’idée, la perspective, où elle subit l’épreuve d’une construction rationnelle, et les petits jeux analogiques où elle se colore de “magie”; et dans chaque cas, il ne découvre pas seulement la présence plus ou moins explicite d’un principe, une base doctrinale qu’il faut recueillir dans des textes oubliés, mais aussi le moment d’une préoccupation continue et qui, si l’on est assez attentif, débouche au milieu des problèmes et même des polémiques les plus modernes. »