Né en Alsace, à la frontière des Vosgess, Romain Cogitore se lance dans la réalisation de courts-métrages dès l’âge de quinze ans. Repérés en festivals, ces premiers essais le mènent peu à peu vers des réalisations professionnelles. Il est le frère de Clément Cogitore, également réalisateur et artiste plasticien.

Premier assistant réalisateur  sur une douzaine de films, il se consacre en parallèle à l'écriture et la photographie. Deux ouvrages de poésie et de photographie sont publiés en 2002 et 2004, condensant une partie de son travail.

Débutant très tôt le théâtre en tant que comédien d'improvisation et de théâtre de rue, il change de registre avec un rôle dans Antigone d'Anouilh. En 2003, il met en scène avec Thibaut Wenger la pièce "Inconnu à cette adresse", créée au festival d'Avignon. Romain Cogitore y interprète le rôle de Max, l’un des deux personnages principaux. À la suite du succès de la première année, la pièce sera reprise en 2004 à nouveau au festival d'Avignon et tournera dans toute la France durant trois ans.

Pianiste et guitariste, il compose la musique de plusieurs pièces de théâtre et courts-métrages.

Il réalise en 2011 son premier long métrage "Nos résistances" avec François Civil, Michel Villermoz et Grégoire Colin et en 2018 le film "L'autre continent" avec Déborah François, Paul Hamy et Vincent Perez.