Né à Paris le 12 février 1900, son père, ingénieur des chemins de fer de l'État, souhaita qu'il se dirige vers le métier d'ingénieur. Après des études secondaires au collège Chaptal, il entra à l'École Centrale et fut diplômé en 1923. Il utilisera surtout les méthodes de réflexion enseignées à l'École, qu'il appliquera à la botanique. Comme il le dit lui même, une formation physico-chimique et mathématique s'est greffée, plus par obligation que par disposition, sur une vocation innée de naturaliste liée à la curiosité de l'esprit et au sens de l'observation. Dès 1920, il fréquente le laboratoire de Cryptogamie du Muséum, sous le regard de Louis Mangin. Il saisit la première occasion qui s'offre à lui sous forme d'un obscur poste de conservateur au jardin alpin du Lautaret. Puis il revint à Paris et fit un séjour à l'institut Pasteur auprès de Gabriel Bertrand. Il entra au Muséum en 1927, comme préparateur à l'École Pratique des Hautes Études, puis comme assistant de Louis Mangin, à la chaire de Cryptogamie. Il y poursuivit ses travaux de mycologie. Il s'attaqua à l'étude de l'organisation de champignons dits supérieurs et songea à un travail d'ensemble sur la phylogénie, les affinités génériques et les limites des espèces chez les asidiomycètes. L'ouvrage qui constitue sa thèse de doctorat, soutenue en 1931, marqua un jalon dans l'histoire de la mycologie. Il est illustré de planches à l'aquarelle, dues à Roger Heim lui même, qui se révéla être un artiste de talent. Il insista sur les caractères olfactifs de la chair, liés à la présence d'huiles essentielles contenues dans un réseau dense de filaments. Pour lui, l'introduction de données biochimiques dans la systématique était une absolue nécessité.

 En 1933 il devient sous-directeur du laboratoire de Cryptogamie du Muséum. Mais alors éclate la guerre ; c'est la déroute de 1940 et l'occupation. Il entre alors dans la Résistance et fait partie d'un réseau où il est chargé de recueillir des informations militaires. Dénoncé par un agent de la Gestapo, il est arrêté à son domicile le 26 août 1943, et déporté à Buchenwald, puis à Mauthausen, et enfin au commando de Gusen. Il y subit 14 mois de tortures. Il poursuivit cependant chaque soir ses réflexions scientifiques. Il échappa de justesse à la mort, avant d'être délivré par l'armée américaine, le 6 mai 1945.

 Une fois ses forces retrouvées, il fut rappelé à la direction du laboratoire de Cryptogamie du Muséum. Il y poursuivit ses recherches et établit un nouveau tableau de l'évolution des champignons, ou la continuité apparaît entre des formes jusqu'alors très dispersées. Il repartit pour de nouvelles missions à travers le monde et publia des études sur la systématique et la biologie des champignons des régions qu'il visita. Il consacra plusieurs mémoires aux rapports entre les termites et les champignons (ces derniers mettent le sol des termitières à profit pour développer leur mycélium). Ses recherches sur les champignons hallucinogènes sont encore plus originales. Après s'être rendu au Mexique, il isola les substances particulières qui donnent aux champignons leurs effets hallucinogènes : la psilocine et la psilocibine. Il publia un ouvrage sur ce sujet en 1958 : "Les champignons toxiques et hallucinogènes du Mexique".

 Dès 1945 il fut promu à la direction du Muséum par ses pairs, pour la conserver 15 ans. En Bretagne, il donna une nouvelle vie au laboratoire maritime de Dinard, qu'il dirigea personnellement à partir de 1954. Outre-mer, il implanta en République Centrafricaine la Station expérimentale de la Maboké (1962), avec l'appui du Président Dacko, afin d'y étudier la vie de la savane et de la forêt.

 Roger Heim était également un fervent défenseur de la nature. Il défendit la forêt de Fontainebleau, se battit pour les derniers Varans de Komodo et Oryx d'Arabie. Ce combat lui valut d'être nommé président de l'union internationale de la conservation de la nature, de 1954 à 1958.

 Tout au long de sa vie, il reçut de nombreuses distinctions :Grand Officier de la Légion d'Honneur, titulaire de la Croix de Guerre 1939-1945 titulaire de la médaille pour la résistance, Commandeur des palmes académiques, Commandeur de l'Ordre des Arts et Lettres ; Commandeur de l'Ordre du Mérite, Agricole ; Commandeur de plusieurs ordres du Japon, du Mexique, et de Républiques Africaines, Membre de l'Académie d'agriculture, de l'académie des sciences d'Outre Mer, de l'Académie d'architecture ; Membre d'honneur ou membre associé de toutes les sociétés scientifiques ou étrangères relevant des disciplines ou il était passé maître.

 Sa réputation lui valut de présider le VIIIe Congrès International de Botanique (Paris 1954).

 En plus de tous ses écrits spécialisés, il fut l'auteur de plusieurs ouvrages accessibles au plus large public, ainsi que d'une suite de chroniques que publièrent régulièrement des périodiques à grande diffusion.

 Roger Heim est mort le 17 septembre 1979.