Olivier Dahan passe son enfance à La Ciotat. Ses parents sont employés de Poste. Sa mère est originaire de Provence, son père est un juif rapatrié d'Algérie qui fut trésorier de l'antenne locale de la LICRA[1].
Olivier Dahan entre à vingt ans, en 1987, à l'École d'art de Marseille où il obtient en 1991 le diplôme national supérieur d'expression plastique[2].
Entre 1988 et 1997, il réalise sept courts-métrages, des clips pour IAM, Mc Solaar, The Cranberries, Zucchero, etc. et participe à des expositions d'art[2].
En 1998 sort en salles Déjà mort, un thriller indépendant dans l'univers désespéré de jeunes niçois fortunés et mal dans leur peau, qu'il a écrit et réalise. Parmi les interprètes : Benoît Magimel, Romain Duris et Zoé Félix.
Ce succès d'estime lui permet de passer à un projet plus grand public : en 2001, il dévoile ainsi une adaptation à gros budget du conte de Charles Perrault, Le Petit Poucet, dont il co-signe le scénario avec Agnès Fustier-Dahan.
Il retrouve cette dernière pour le drame La Vie promise, sorti en 2002. Ce film sombre est porté par Isabelle Huppert dans le rôle d'une prostituée à la recherche de son ex-mari.
Dès le début de l'année 2004, il envisage de tourner un film sur la vie d'Édith Piaf[4] qu'il réalise en 2006 avec Marion Cotillard dans le rôle de la chanteuse mythique. Le film, La Môme, (titré en anglais La Vie en rose), fait l'ouverture du Festival de Berlin 2007. Marion Cotillard obtient en 2008 pour sa composition un Golden Globe, le BAFTA, British Academy of Film and Television Arts de la meilleure actrice, le César de la meilleure actrice et l'Oscar de la meilleure actrice. L'Oscar du meilleur maquillage est aussi attribué à son équipe de maquillage.
Au cours de l'année 2011, il réalise le vidéo clip du titre éponyme du 8e album de Mylène Farmer, Bleu noir[9].
Pour son projet cinématographique suivant, il revient donc en France où il s'essaie pour la première fois à la comédie avec le film de bande Les Seigneurs réunissant les stars hexagonales José Garcia, Franck Dubosc, Omar Sy, et Gad Elmaleh.
En , il re-tente l'aventure américaine en réalisant pour la deuxième fois un biopic féminin : Grace de Monaco, lui permet de diriger Nicole Kidman dans le rôle de Grace Kelly, sur un script d'Arash Amel[10]. Il est le film d'ouverture du Festival de Cannes 2014. Le film reçoit un mauvais accueil de la part des critiques et du public mais surtout de la part des Grimaldi qui demandent la censure du film à Monaco ; de plus, la famille royale et surtout Albert II s'opposent à ce que le film ait une récompense au Festival de Cannes 2014. La prestation de Nicole Kidman n'est pas saluée par Albert II ni le reste de sa famille, bien qu'appréciée des critiques.
En , il est choisi pour réaliser le film : Un Sac de Billes adapté du roman-autobiographique de Joseph Joffo mais à la suite de désaccords artistiques, le projet est revenu à Christian Duguay[11]. Il est choisi en pour adapter à l'écran le livre Charlotte de David Foenkinos[12].
Mais finalement, en , il revient au biopic pour raconter la vie de Simone Veil, avec Elsa Zylberstein dans le rôle-titre[13].
2004 : Sentai Sony PlayStation - publicité réalisée pour promouvoir les jeux de la PlayStation 2 pour Sony en 2004, réalisée à l'aide des cascadeurs de la série amateur Sentai intitulée France Five[Quoi ?][réf. nécessaire]