Laurence Kerr Olivier nacque a Dorking nel Surrey; figlio di Gerard Kerr Olivier e Agnes Louise Crookenden, sua madre morì quando aveva 13 anni. Era l'ultimo di tre fratelli; i suoi fratelli erano Sybille e Gerard (quest'ultimo morto nel 1958 a 54 anni).
Il 25 luglio 1930 si sposò con Jill Esmond, definita dal biografo di Olivier Donald Spoto come una "lesbica diffidente". Dal matrimonio nacque un figlio, Tarquin (1936), ma divorziarono il 29 gennaio 1940. Dal 1938 ebbe un'appassionata relazione con Vivien Leigh che all'epoca era già sposata. Quando entrambi ebbero ottenuto il divorzio dai rispettivi coniugi, si sposarono il 31 agosto 1940 nel ranch di San Ysidro a Santa Barbara in California; al matrimonio partecipò anche Katharine Hepburn come testimone di nozze. I due divorziarono il 2 dicembre 1960. Olivier infine sposò Joan Plowright il 17 marzo 1961, e da lei ebbe tre figli: Richard (1961), Tamsin (1963) e Julie Kate (1966).
La prima moglie accusò la Leigh di essere corresponsabile di adulterio nel suo divorzio. La Leigh, d'altra parte, accusò la Plowright di essere corresponsabile di adulterio nel suo divorzio. La Plowright dichiarò: "Ho sempre sentito dire che io sarei la rovina famiglie che ha causato il divorzio di Laurence da Vivien Leigh. Danny Kaye era in relazione con Laurence ben prima di me", riferendosi a quanto riportato dal biografo Donald Spoto a proposito del fatto che Kaye e Olivier fossero amanti. Lo stesso biografo asserisce anche che ci fu una relazione fra Olivier e lo scrittore Noël Coward.
Nel suo libro Melting the Stone: A Journey Around My Father, Richard Olivier, nato dal matrimonio fra Olivier e la Plowright, descrive il padre come interessato più al suo lavoro che al suo bambino, e che la mancanza di lavoro lo portava alla depressione. È inoltre padrino dell'attrice Victoria Tennant.
Olivier ottenne dieci candidature agli Oscar (divide questo record con Spencer Tracy). Vinse il premio come miglior attore con Amleto (1948) e due Oscar alla carriera nel 1947 per Enrico V e nel 1978. Vinse un BAFTA nel 1955 per la sua interpretazione nel Riccardo III. Fu nominato Knight Bachelor (Cavaliere) nel 1947 e pari del Regno nel 1970 (è stato il primo attore a ricevere questo riconoscimento) come Barone Olivier di Brighton nella contea del Sussex e fu insignito dell'Order of Merit nel 1981.
Nel 1957 diresse e interpretòIl principe e la ballerina, tratto da un'opera teatrale di Terence Rattigan, con Marilyn Monroe, che egli aveva fortemente voluto per la parte principale. Nella sua biografia, e anche in quella di Arthur Miller, il drammaturgo all'epoca marito della bionda star, sono rievocati i grossi problemi nella realizzazione del film a causa della dipendenza della Monroe da alcol e psicofarmaci. In quel periodo terminò il matrimonio con Vivien Leigh e i due divorziarono nel 1960.
Dopo l'apertura del National Theatre, Olivier temette di non avere abbastanza soldi per la propria famiglia dopo la sua morte. Fu così che fra il 1973 e il 1986, quando la sua salute peggiorò, egli partecipò a molti film e speciali televisivi, tra cui Amore tra le rovine (1975) di George Cukor, Re Lear (1983) di Michael Elliott e Un omicidio programmato (1984) di Alvin Rakoff, esclusivamente per denaro, con la sola condizione che non dovesse partecipare alla promozione pubblicitaria di queste opere.
Morì a Steyning nel West Sussex in Inghilterra a causa di complicazioni di malattie neuromuscolari e cancro all'età di ottantadue anni.
Lord Olivier è sepolto nell'angolo dei poeti all'interno dell'Abbazia di Westminster a Londra. La Society of London Theatre (Società dei teatri Londinesi) fu rinominata Laurence Olivier Award (Premio Laurence Olivier) in suo onore nel 1984.
Laurence Olivier prese parte nel 1974, con Oreste Lionello, anche a una serie di sketch della rubrica pubblicitaria televisiva italiana Carosello, pubblicizzando la macchina fotografica SX70 della Polaroid. Per questa partecipazione Laurence Olivier percepì un cachet di 100 000 dollari, che devolvette interamente in beneficenza a favore dei bambini colpiti da poliomielite.[2]
Nelle versioni in italiano dei suoi film, Laurence Olivier è stato doppiato da:
Sergio Graziani in Orgoglio e pregiudizio (ridoppiaggio), Lady Hamilton (ridoppiaggio), Gli insospettabili, Quell'ultimo ponte, Una piccola storia d'amore, Il Bounty
Gino Cervi in Enrico V, Amleto, Gli occhi che non sorrisero, Riccardo III
Emilio Cigoli in Orgoglio e pregiudizio, Spartacus, Otello
Glauco Mauri ne Il maratoneta, Sherlock Holmes - Soluzione settepercento, I ragazzi venuti dal Brasile
Mario Pisu in Il principe e la ballerina, L'anno crudele
Giuseppe Rinaldi in Bunny Lake è scomparsa, I lunghi giorni delle aquile
Roberto Villa in Nicola e Alessandra, Peccato d'amore