Fu nel ventesimo secolo che Koch venne riportato in auge grazie ad una serie di importanti onorificenze. Venne insignito nel 1901 della medaglia Harben, nel 1902 venne ammesso all'Accademia Parigina delle Scienze, e nel 1905 gli fu conferito il Premio Nobel per la medicina. Si ammalò gravemente agli inizi del 1910: lamentava forti dolori nella parte sinistra del petto e soffriva di dispnea. Morì il 27 maggio 1910, a causa di un attacco cardiaco, a Baden-Baden. I suoi resti si trovano nel Robert Koch Institut a Berlino e sono in un mausoleo tuttora visitabile.