Nach einer krankheitsbedingt verzögerten Schulausbildung erhielt Lohmeyer 1900 das Abitur an einer Oberrealschule in Charlottenburg (heute Berlin) und erlernte in dieser Zeit autodidaktisch das Fotografieren. 1901 begann er ein Studium der Chemie an der Universität München und wechselte 1902 an die Königlich Technische Hochschule zu Berlin, wo u. a. der Fotochemiker Adolf Miethe (1862–1927) zu seinen Lehrern zählte. Seit November 1906 an der Universität Marburg an der Lahn eingeschrieben, wurde Lohmeyer 1907 mit der von Miethe angeregten und von Karl Schaum (1870–1947) betreuten Dissertation „Untersuchungen über die Gradation von Bromsilber-Gelatine-Trockenplatten unter dem Einfluss von Lichtstrahlen verschiedener Wellenlänge“ zum Dr. phil. promoviert.

1907 wurde Lohmeyer mit Eduard Kiewning (1843–1937) und Bruno Marquardt (1878–1916) vom Internationalen Weltverlag (Berlin) für eine Reportagereise in die deutschen Kolonien in Afrika rekrutiert. Entscheidend dafür war Lohmeyers Bekanntschaft mit dem Geografen und Verleger Hans Meyer (1858–1929), der ihn empfohlen hatte. Das Projekt war von dem ehemaligen Kolonialoffizier Kurd Schwabe (1866–1920) mit dem Ziel einer Förderung des Kolonialgedankens in der deutschen Bevölkerung initiiert worden, nachdem die Popularität der Kolonien infolge des Herero-Nama Kriegs (1904–1908) in Deutsch-Südwestafrika und des Maji-Maji-Kriegs (1905–1908) in Deutsch-Ostafrika stark abgenommen hatte. Große Unterstützung erfuhr das Projekt u. a. durch die Deutsche Kolonialgesellschaft unter Präsident Herzog Johann Albrecht von Mecklenburg (1857–1920) und durch die Kolonialbehörden.

1907/08 bereiste Lohmeyer Togo und Kamerun, 1909 Deutsch-Südwestafrika (heute Namibia) und Deutsch-Ostafrika (heute Tansania). Er fertigte auftragsgemäß Farbfotografien von Landschaften, kolonialer Infrastruktur und indigener Bevölkerung an und stellte auf eigene Rechnung Schwarz-Weiß-Aufnahmen her. Die von Schwabe herausgegebene Drucklegung der Fotografien erfolgte u. d. T. „Die Deutschen Kolonien“ (2 Bde., 1909/10). Das Buch erschien in der Verlagsanstalt für Farbenphotographie Weller & Hüttich, erlebte mehrere Neuauflagen und prägte in Deutschland das öffentliche Bild der Kolonien. Die Fotografien beschränken sich v. a. auf ästhetisch gefällige Ansichten, deren wichtigster Aspekt die damals außergewöhnliche Farbigkeit war. Die afrikanische Bevölkerung wird in ihnen im Sinne zeitgenössischer rassenideologischer Überzeugungen v. a. typologisch dargestellt, Konflikte zwischen Kolonisatoren und Einheimischen werden ausgeblendet.

1911 wurde Lohmeyer Geschäftsführer der Photocentrale des Vereins Kolonialkriegerdank in Berlin, die Fotografien aus den Kolonien und Fotoausrüstungen für Reisen in die Tropen vertrieb. Als Fotograf trat er seither nicht mehr in Erscheinung. Seine Schwarz-Weiß-Fotografien wurden u. a. durch das Berliner Ethnologische Museum und das Rautenstrauch-Joest-Museum in Köln erworben. Im Ersten Weltkrieg als Munitions-Chemiker in Berlin tätig, gründete Lohmeyer 1919 die Photocentrale Wira GmbH, später ergänzt um den Zusatz „Spezialhaus für Kriminalistik“. Er verlagerte sein Geschäft zunehmend auf das Feld der Spurensicherung, wobei er Kontakte nutzte, die er seit 1912 mit der Abteilung Erkennungsdienst am Berliner Polizeipräsidium unter Leitung von Hans Schneikert (1876–1944) geknüpft hatte. 1926 präsentierte Lohmeyer sein Unternehmen auf der großen Polizeiausstellung in Berlin und knüpfte hier europaweit Kontakte; nach eigener Aussage belieferte er Polizei- und Justizbehörden in Preußen sowie in Schweden, den Niederlanden, der Sowjetunion und südamerikanischen Staaten. Erfolgreiche Produkte waren ein Spurensicherungskasten und ein Fingerabdruck-Sicherungsbesteck im Taschenformat, die Lohmeyer in Zusammenarbeit mit Kriminaltechnikern entwickelt hatte.

Nach der nationalsozialistischen Machtübernahme trat Lohmeyer im April 1933 der NSDAP bei. Während des „Dritten Reichs“ erweiterte er seinen Kundenkreis, zu dem das Berliner Polizeipräsidium, das Preußische Landeskriminalamt und die Justizverwaltung sowie weiterhin zahlreiche Polizeibehörden im In- und Ausland zählten. Nach einem Bombentreffer auf sein Wohnhaus übersiedelte Lohmeyer 1944 mit seiner Familie nach Mainz, 1953 nach Gütersloh, wo er seine Firma unter dem Namen WIRA (Dr. Robert Lohmeyer) Kriminaltechnik bis zu seinem Tod weiterführte.