En 1972, il s'installe à Montréal pour y vivre avec sa compagne. Il y demeure douze ans, et opte pour la nationalité canadienne. Il a ensuite résidé à Paris.
À l'occasion de la parution de son recueil Rites et Offrandes, il reçoit le prix Charles Vildrac de la Société des Gens de Lettres en 2003.
En 2005, il reçoit le Grand Prix de poésie de l'Académie française pour l'ensemble de son œuvre poétique. Le Centre du livre et de la lecture lui décerne un an plus tard le prix du livre en Poitou- Charentes pour son roman Dans l'herbe.
En 2010, il reçoit le Prix Mallarmé pour son recueil Le Temps Ordinaire (éditions Champ Vallon, 2009).
Le fonds d'archives de Robert Marteau est conservé au centre d'archives de Montréal de Bibliothèque et Archives nationales du Québec.