2006 की शुरूआत में विलियम्स के सातवें स्टूडियो एल्बम की घोषणा की गई थी। इसे पेट शॉप बॉय्स, विलियम ऑर्बिट, सोल मेकानिक, जोई नीग्रो, मार्क रॉनसन, क्रिस ग्राइरसन, द ऑर बॉय्स और अनेक के सहयोग से डांस/इलेक्ट्रो एल्बम बनाने की योजना थी। 

पहला एकल "रूडबॉक्स" स्कॉट मिल्स द्वारा BBC रेडियो 1 पर अपने शो में रेडियो पर पहली बार बजाया गया। इस घटना ने कुछ विवाद को जन्म दिया, क्योंकि रिकॉर्ड लेबल का प्रतिरोध दिनांक तोड़ा गया था, हालांकि बाद में स्वयं कलाकार ने प्रस्तोता का समर्थन किया। एकल के प्रवर्तन के ठीक बाद, वह विवाद का कारण बना क्योंकि विलियम्स इस एकल में अपने अन्य विमोचनों की दिशा से पूरी तरह हट गए थे। ब्रिटिश अखबार "द सन" ने इसे "अब तक का सबसे ख़राब गीत" कहा. हालांकि, विक्टोरिया न्यूटन ने कहा कि यक़ीनन इस एल्बम में हिट गाने है। गीत उस वर्ष सितंबर में जारी किया गया जो यू॰के॰ सिंग्ल्स चार्ट पर चौथे स्थान पर पहुंचा। वह जर्मनी, स्विट्ज़रलैंड और इटली में चोटी पर पहुंचा।

विलियम्स ने 23 अक्टूबर 2006 को अपने बहुप्रतीक्षित डांस/इलेक्ट्रो एल्बम "रूडबॉक्स" को जारी किया। उसने मिश्रित समीक्षाएं प्राप्त की: ऑलम्यूज़िक ने उसे चार सितारा दर्जा दिया, "NME" 10 में से 8 और म्यूज़िक वीक तथा MOJO भी उतने ही सकारात्मक रहे, लेकिन अन्य ब्रिटिश प्रेस से काफ़ी कमज़ोर समीक्षाएं हासिल हुईं. चोटी पर पहुंचने के बावजूद बिक्री उनके लेबल के लिए की जाने वाली अपेक्षाओं पर खरी नहीं उतरी और ब्रिटेन में समग्र बिक्री में उनके पूर्व बैंड, टेक देट के "ब्यूटीफ़ुल वर्ल्ड" ने उन्हें पछाड़ दिया. एल्बम की यूनाइटेड किंगडम में 500,000 से कुछ कम प्रतियां बिकीं, जो BPI द्वारा 2x प्लैटिनम प्रमाणित होते हुए, देश में उनका सबसे कम बिकने वाला एल्बम बना. दुनिया के दूसरे देशों में एल्बम का गर्मजोशी से स्वागत हुआ, जहां जर्मनी, स्विट्ज़रलैंड, ऑस्ट्रिया, फ़िनलैंड तथा इटली सहित वह नंबर वन हिट साबित हुआ।
एल्बम यूरोप में 2 मिलियन से अधिक बिक्री सहित 2x प्लैटिनम बना, जिसने उसे 2006 का तेज़ी से प्लैटिनम बिक्री वाला एल्बम बनाया. एल्बम दुनिया भर में 2006 के सर्वाधिक बिकाऊ एल्बमों में 18वें स्थान पर पहुंचा, नील टेनंट ने दावा किया कि 2007 के प्रारंभ तक एल्बम की 4.5 मिलियन प्रतियां बिकीं.

दूसरा एकल "लवलाइट", एल्बम के रिलीज होने से ठीक पहले बाहर आया और 13 नवम्बर को वाणिज्यिक तौर पर जारी किया गया। ब्रिटेन नीदरलैंड, फ़िनलैंड, डेनमार्क और इटली में एकल टॉप टेन पर पहुंचा, 

तीसरे एकल, "शी इज़ मैडोना" में क्रिस मिनेस और क्रिस लेक से री-मिक्स शामिल थे, जो 5 मार्च 2007 को नियत वाणिज्यिक विमोचन से पहले, जनवरी के अंत में यूरोपियन रेडियो पर जारी किया गया। ट्रैक ब्रिटेन के एकल चार्ट पर केवल सोलहवें स्थान पर पहुंच सका, लेकिन महाद्वीपीय यूरोप में उसका निष्पादन बेहतर रहा, जहां अधिकांश देशों में वह शीर्ष दस पर पहुंच सका. यह चार सप्ताहों तक दूसरे स्थान पर रहने के बाद, यूरोपियन एयरप्ले चार्ट के नंबर वन स्थान पर पहुंचा, एक ऐसी उपलब्धि, जो उनका पूर्व बैंड टेक देट हासिल करने से चूका.
यह पुष्टि की गई कि यह एकल लैटिन अमेरिका या ऑस्ट्रेलिया में जारी नहीं किया जाएगा, लेकिन ऑस्ट्रेलिया में इसे भारी प्रसारण मिला. इसके बावजूद, मेक्सिको में एकल को चार विभिन्न फ़ार्मैटों में डिजिटल डाउनलोड के रूप में जारी किया गया। अगस्त 2007 में, एकल अमेरिकी बिलबोर्ड के हॉट डान्स क्लब प्ले चार्ट पर 12वां दर्जा हासिल किया।

ब्रिटिश गायिका लिली एलन के सहयोग वाला गीत "बोंगो बोंग एंड जे ने टिएम प्लस", लैटिन अमेरिका और अन्य यूरोपीय देशों में तीसरे एकल के रूप में जारी हुआ, जो रेडियो पर जनवरी 2007 में और बतौर डिजिटल डाउनलोड फरवरी में उपलब्ध हुआ। अपने एल्बम के प्रचार के लिए विलयम्स ने लघु फ़िल्मों की श्रृंखला बनवाई. "गुडबाई टु द नॉर्मल्स" को जिम फ़ील्ड स्मिथ ने निर्देशित किया और इसमें रॉबी विलियम्स का "बर्स्लेम नॉर्मल्स" शामिल है।

4 अक्टूबर 2007 को, विलियम्स ने लगभग दस महीने बाद प्रत्यक्ष मंच पर वापसी की, जब उन्होंने लॉस एंजिल्स में मार्क रॉनसन के संगीत कार्यक्रम में अतिथि भूमिका निभाई. उन्होंने द चार्लटन्स गीत "द ओन्ली वन आई नो" प्रदर्शित किया, जो रॉनसन के एल्बम "वर्शन" में शामिल है।

2007 की शुरूआत में विलियम्स द्वारा अपने EMI अनुबंध के लिए ज्ञात प्रतिबद्धताओं सहित, गई चेम्बर्स के साथ सह-लिखित नए स्टूडियो एल्बम की अफ़वाहें उड़ी थी। ब्रिटिश गायक-गीतकार लॉरा क्रिचले ने टिप्पणी की कि उन्होंने तीन गानों के लिए स्वर दिया था और कहा कि यह 2009 तक जारी नहीं किया जाएगा.

16 जनवरी 2008 को ब्रिटेन के अख़बार "द सन" ने घोषणा की कि विलियम्स द ब्लॉकहेड्स सदस्य चैज़ जैनकेल के साथ कुछ गानों पर काम कर रहे हैं। लेख में आगे यह कहा गया कि चेम्बर्स के साथ पुनर्मिलन सफल नहीं हुआ है और जिस सामग्री पर विलियम्स जैनकेल के साथ काम कर रहे हैं वह उनके अगले स्टूडियो एल्बम का आधार बनेगा. हालांकि ब्लॉकहेड्स के आधिकारिक साइट पर पुष्टि की गई थी कि जैनकेल, विलियम्स के साथ मिल कर लिख रहे हैं, यह अफ़वाह कि अब चेम्बर्स उनके साथ काम नहीं कर रहे हैं, आधिकारिक नहीं था। अगस्त 2008 के अंत में, विलियम्स के दोस्त कैलम ब्लू ने टिप्पणी की कि वे अभी भी एल्बम पर काम कर रहे हैं।

फरवरी 2009 में, यह पुष्टि की गई कि विलियम्स ने गई चेम्बर्स और मार्क रॉनसन के साथ गीत लिखे हैं। एक प्रवक्ता ने कहा कि विलियम्स मार्च में रिकॉर्डिंग सत्र शुरू करने की योजना बना रहे हैं और नया एल्बम 2009 के अंत तक जारी किया जाएगा. यह संभवतः EMI द्वारा जारी विलियम्स का अंतिम एल्बम होगा. अपने आधिकारिक वेबसाइट पर, विलियम्स ने पुष्टि की कि वे निर्माता ट्रेवर हॉर्न के साथ एक नए एल्बम पर काम कर रहे हैं; उन्होंने स्वयं के लिए कुछ तरह बात की, "ख़ूब, बहुत ख़ूब. बहुत, बहुत ख़ूब". नए एल्बम का शीर्षक होगा, "रियालिटी किल्ड द वीडियो स्टार", हॉर्न के पूर्व बैंड द ब्यूगल्स के गीत "वीडियो किल्ड द रेडियो स्टार" का एक संदर्भ. यह एल्बम ब्रिटेन में 9 नवम्बर 2009 को जारी होने वाला है। नया गीत "बॉडीस" पहली बार 4 सितंबर 2009 को BBC रेडियो 1 पर क्रिस मॉयल्स शो के दौरान बजा, जहां मॉयर्स ने उसे "वर्धमान" के रूप में वर्णित किया, जिसके बारे में सहमति जताते हुए विलियम्स ने बाद में कहा कि लोगों द्वारा बारंबार कुछ समय तक सुनने के बाद ही यह उन्हें पसंद आएगा.

11 अक्टूबर 2009 को विलियम्स ने अख़बार "द मेल ऑन संडे" के लिए मुफ़्त CD के रूप में "सॉन्गबुक" शीर्षक से एक 12-गानों का संकलन एल्बम जारी किया। CD उनके कुछ सफल गानों का एक ख़ास एल्बम है-जिसमें कई दुर्लभ लाइव प्रदर्शन और उनके नए एल्बम से छवियां शामिल हैं। CD में नवीनतम सॉफ्टवेयर 'कम्पलीटमाईआर्टिस्ट' भी शामिल है जिसने ऑनलाइन कई अनन्य सामग्री और प्लेलिस्ट उपलब्ध कराए. उसी शाम, विलियम्स ने "द एक्स फ़ैक्टर" परिणामों के शो पर अपनी "वापसी" की, जहां पहली बार अपना नया एकल "बॉडीस" प्रदर्शित किया। उपस्थिति कुछ हद तक विवादास्पद साबित हुई, चूंकि प्रेस और दर्शकों ने विलियम्स के विचित्र और अनियमित प्रदर्शन के बाद उनके स्वास्थ्य के बारे में सवाल उठाए. विलियम्स के एक प्रवक्ता ने बाद में यह घोषित करते हुए सार्वजनिक बयान जारी किया कि विलियम्स नशीली दवाओं का सेवन नहीं कर रहे हैं। 12 दिसम्बर 2009 को विलियम्स शो पर दुबारा फ़ाइनलिस्ट ऑली मर्स के साथ युगल गीत गाने के लिए पधारे. अपने दावों के बावजूद रॉबी संकेत चूक गए, वे लंबे वाद्य संगीत से अनजान थे और इसलिए बहुत जल्दी शुरू किया। तथापि, उसे हंसी में टालते हुए उन्होंने ऑली मर्स के साथ वापस अपना स्थान ग्रहण किया और बिना किसी अन्य नकारात्मक घटनाओं के प्रदर्शन को पूरा किया।

20 अक्टूबर 2009 को विलियम्स ने लंदन राउंडहाउस पर BBC इलेक्ट्रिक प्रॉम्स की शुरूआत की. यह तीन साल बाद उनका पहला लाइव कन्सर्ट था और दुनिया भर के 200 सिनेमाघरों में उसे दिखाया गया। एक स्ट्रिंग अनुभाग, हॉर्न अनुभाग, संपूर्ण बैंड और निर्माता ट्रेवर हॉर्न के साथ, विलियम्स ने "रियालिटी किल्ड द वीडियो स्टार" से कई नए गाने और अपने अनेक सफल गानों को प्रदर्शित किया।

"रियालिटी किल्ड द वीडियो स्टार" का प्रिव्यू 9 नवम्बर को उसके आधिकारिक रिलीज़ से तीन दिन पहले, 6 नवम्बर 2009 को स्पॉटिफ़ाइ म्यूज़िक स्ट्रीमिंग सर्विस पर ब्रिटेन में विशेष रूप से प्रदर्शित किया गया। उच्च प्रोफ़ाइल चार्ट संघर्ष में, विलियम्स का एल्बम एक्स फ़ैक्टर 2008 के रनर्स-अप JLS के खिलाफ़, जिन्होंने उसी दिन अपना पहला एल्बम जारी किया था, मुक़ाबले में खड़ा हुआ। उस चरण पर वर्ष के 2 सर्वाधिक बिकाऊ एल्बमों द्वारा नंबर 1 स्थान के मुक़ाबले में JLS ने 1500 बिक्री द्वारा विलियम्स को मात दी, जिससे "रियालिटी..." विलियम्स का पहला ऐसा स्टूडियो एल्बम बना जो ब्रिटेन में नंबर 1 तक नहीं पहुंच पाया। तथापि उसी सप्ताह वैश्विक रूप से उसने नंबर 1 स्थान हासिल किया।

एल्बम संयुक्त राज्य अमेरिका में भी जारी किया गया (2002 में जारी "एस्केपॉलोजी" के बाद जारी होने वाला विलियम्स का पहला एल्बम). तथापि, एल्बम बिलबोर्ड 200 एल्बम चार्ट पर #160 स्थान पर पहुंचा और केवल एक सप्ताह के बाद चार्ट के बाहर निकल गया।

नवंबर 2009 के अंत में, विलियम्स ने 2009 के ARIA संगीत पुरस्कार में प्रदर्शन के लिए ऑस्ट्रेलिया की यात्रा की.

संबंध
1974-89: प्रारंभिक जीवन
1990-95: टेक देट युग
2006-09: "रूडबॉक्स" और "रियाल्टी किल्ड द वीडियो स्टार"