Op 27 augustus 2009 maakte Robben de overstap naar Bayern München voor 25 miljoen euro. Op 29 augustus maakte hij zijn debuut. Hij viel in de wedstrijd tegen VFL Wolfsburg na rust in en scoorde direct tweemaal. In zijn eerste seizoen was hij meteen al belangrijk voor de club. Hij maakte in de Champions League veel belangrijke doelpunten en ook in de competitie was zijn reeks ijzersterk. In 24 wedstrijden scoorde hij 16 keer. Dit leverde hem onder meer de titel Duitse speler van het jaar op volgens sportblad De Kicker. Aan het begin van het seizoen 2010 - 2011 werd er ontdekt dat Robben nog steeds met een hamstringblessure te maken had. Het WK van 2010 heeft hij wel meegespeeld. Op 15 januari maakte Robben zijn rentree in de Bundesliga na een half jaar afwezigheid. 

Het derde seizoen van Robben begon ook niet goed. In oktober had hij een operatie aan zijn lies waardoor hij lange tijd moest toekijken. Later in het jaar werd door veel kranten gezegd dat Robben een egoïst was.  Ook Franz Beckenbauer keerde zich tegen hem. Hij werd een paar wedstrijden op de bank gezet. Bij het Nederlands Elftal speelde hij wel gewoon zijn wedstrijden, tegen Engeland scoorde hij op Wembley twee keer. 

Na een tijdje keerde Franz Beckenbauer zich weer tegen hem. Omdat hij een penalty opeiste die hij zelf veroorzaakt had. In de halve finale van de Champions League ontstond er een conflict tussen Robben en Ribery, waarbij Ribery met zijn vuist sloeg onder het oog van Robben. Robben twijfelde om zijn contract te verlengen, maar op 3 mei werd bekend dat hij zijn contract had verlengd tot medio 2015. Hij verloor dat jaar wel de finale van de Champions League met zijn team van Chelsea. Robben miste een strafschop bij een 1-1 stand. 

Op 25 mei 2013 kende hij een van zijn hoogepunten uit zijn loopbaan. Hij was bepalend in de Champions League finale tegen aartsvijand Borussia Dortmund. Bij de 1-0 verzorgde hij de assist op Mario Mandzukic. Gündogan maakten og 1-1 namens Dortmund, maar toen kwam het moment van Robben. In de 89ste minuut maakte hij de beslissende 2-1 door met een zacht rolletje Weidenfeller te passeren. Doordat hij zo beslissend was werd hij door Sir Alex Furgeson uitgeroepen tot Man of the Match. 

Na de start van het seizoen 2013 - 2014 ging Robben gewoon door met scoren. In de eerste 3 duels van de Champions League scoorde Robben drie keer. Omdat hij de laatste drie wedstrijden van het seizoen 2012 - 2013 ook drie keer scoorde is hij in een mooi rijtje terecht gekomen. Hij is de eerste speler van Bayern München en van het Nederlands elftal die dit gespresteerd heeft. Naast hem hebben ook Marouane Chamakh, Cristiano Ronaldo en Burak Yilmaz dit gepresteerd.