En su palmarés se encuentran títulos de Liga en Argentina, con el River Plate; en Italia, con el Milán, y dos ligas en España con el Valencia. Roberto Fabián Ayala debutó en la máxima categoría del fútbol argentino con sólo 18 años en el Ferrocarril Oeste, de donde marchó a River Plate. Su primera experiencia europea le llevó a Italia jugando tres temporadas en el Nápoles y dos en el Milán.
En las últimas seis temporadas ha militado en el Valencia, disputando un total de 246 partidos, siendo titular indiscutible en unos años de grandes éxitos del club levantino. Aparte de los dos títulos de Liga conquistados, en 2002 y 2004, ganó la Copa de la UEFA en 2004, año en el que también consiguió la medalla de oro de los Juegos Olímpicos con Argentina, y alcanzó por dos veces la final de la Liga de Campeones.
Curiosamente, en ese año 2004 de grandes éxitos del Valencia estaban en su plantilla Ayala, Aimar y Oliveira, que a partir de la próxima temporada formarán en el club maño. El jugador nacido el Paraná tenía contrato para jugar con el Villarreal a partir de la próxima campaña y se da la curiosa circunstancia de que no llegará siquiera a entrenarse con el "submarino amarillo" ya que el club aragonés ha llegado a un acuerdo con el jugador y ha pagado la cláusula de rescisión que tenía con el conjunto castellonense.