Il suit des cours d'art dramatique à Saint Edwards à Oxford. En 1926, il rejoint la compagnie du Birmingham Repertory qu'il quittera en 1929.
Laurence Olivier fait sa première apparition au cinéma en 1930 dans la version anglaise du film allemand Hokuspokus. Hollywood se laisse séduire par ce surdoué des planches. Après quelques déceptions (pressenti pour être le partenaire de Greta Garbo dans La Reine Christine, il sera remplacé par John Gilbert), il se voit offrir en 1939 le rôle de Heathcliff dans Les Hauts de Hurlevent. Sa carrière cinématographique est lancée. En 1940, il est le châtelain de Rebecca pour Alfred Hitchcock. En 1941, il est le partenaire de Vivien Leigh dans Lady Hamilton. Ces succès n'auront pas de suite : la guerre éclate, Laurence Olivier rentre en Grande Bretagne. Il est pilote dans la Fleet Air Arm of the Royal Navy.
Sa carrière prend un tour nouveau en 1944 lorsqu'il se lance dans la réalisation. Henri V, adaptation de la pièce de Shakespeare, remporte un succès auprès du public et de la critique (primé à Hollywood). C'est le premier film d'une trilogie Shakespearienne. Le deuxième volet, Hamlet (1948), se caractérise par une réalisation dramatique : mouvements de caméra amples et sobriété du noir et blanc. Il obtient l'Oscar du meilleur film et le Lion d'Or de Venise. Sa trilogie s'achève en 1955 Richard III. Son jeu est influencé par le monde du théâtre : à travers quelques grands films il laisse le souvenir d'une diction parfaite et d'une présence imposante dans des rôles forts tels que le Crassus de Spartacus (Stanley Kubrick 1960) ou Witte, le comte russe de Nicolas et Alexandra (F. Schaffner 1971). Dans les années 1970, une maladie musculaire le contraint à limiter ses apparitions à l'écran et sur les planches. Son dernier grand rôle de star est celui de l'écrivain dans le Limier (1972) de Joseph Mankiewicz
En France, il reçoit la Légion d'honneur.Il est anobli en 1967 et élevé à la dignité de baron en 1970.
Acteur dramatique avant tout, il se voue aux rôles shakespeariens mais a aussi joué Jean Anouilh et John Osborne. En Grande Bretagne, il sera avec Vivien Leigh la vedette de l'Old Vic Theatre dont il deviendra co-directeur en 1944. De 1963 à 1973, il dirige l'England's National Theatre Company. Il apparaît à la télévision américaine à la fin des années 50 dans quelques téléfilms dont The Moon and Six Pence.
Courts métrages 1930 | Too Many Crooks | George King |
| 1941 | Words for Battle | Humphrey Jennings |
| 1943 | Volunteer (The) | Michael Powell |
Longs métrages| 1944 | Henry V | Laurence Olivier |
| 1947 | Hamlet | Laurence Olivier |
| 1954 | Richard III | Laurence Olivier |
| 1957 | Prince and the Showgirl (The) Le Prince et la danseuse | Laurence Olivier |
| 1967 | Uncle Vanya [TV] | Laurence Olivier |
| 1969 | Three Sisters | Laurence Olivier |
| 1947 | Hamlet | Laurence Olivier |
| 1944 | Henry V | Laurence Olivier |
| 1947 | Hamlet | Laurence Olivier |
| 1953 | Beggar's Ppera (The) Opéra de gueux | Peter Brook |
| 1954 | Richard III | Laurence Olivier |
| 1957 | Prince and the Showgirl (The) Le Prince et la danseuse | Laurence Olivier |
| 1930 | Temporary Widow (The) | Gustav Ucicky |
| 1931 | Friends and Lovers [Le Sphinx a parlé] | Victor Schertzinger |
| 1931 | Potiphar's Wife = Her Strange Desire | Maurice Elvey |
| 1931 | Yellow Ticket (The) Le Passeport jaune | Raoul Walsh |
| 1932 | Westward Passage | Robert Milton |
| 1933 | No Funny Business | John Stafford, Victor Hanbury |
| 1933 | Perfect Understanding Le Parfait accord | Cyril Gardner |
| 1935 | Moscow Nights | Anthony Asquith |
| 1937 | As You Like It Comme il vous plaira | Paul Czinner |
| 1937 | Fire over England L'Invincible Armada | William K. Howard |
| 1937 | Twenty One Days | Basil Dean |
| 1938 | Divorce of Lady X Le Divorce de Lady X | Tim Whelan |
| 1938 | Wuthering Heights Les Hauts de Hurlevent | William Wyler |
| 1939 | Q Planes = Clouds over Europe Armes secrètes | Tim Whelan |
| 1939 | Rebecca | Alfred Hitchcock |
| 1940 | Conquest of the Air (The) Conquête de l'air | Zoltan Korda, Alexandre Esway, Donald Taylor, [etc.] |
| 1940 | Pride and Prejudice Orgueil et préjugés | Robert Z. Leonard |
| 1941 | 49th Parallel 49ème parallèle | Michael Powell |
| 1941 | That Hamilton Woman Lady Hamilton | Alexander Korda |
| 1943 | Demi-Paradise (The) L'Etranger | Anthony Asquith |
| 1944 | Henry V | Laurence Olivier |
| 1947 | Hamlet | Laurence Olivier |
| 1950 | Carrie Un amour désespéré | William Wyler |
| 1951 | Magic Box (The) La Boîte magique | John Boulting |
| 1953 | A Queen Is Crowned Une reine est couronnée | Anonyme |
| 1953 | Beggar's Ppera (The) Opéra de gueux | Peter Brook |
| 1954 | Richard III | Laurence Olivier |
| 1957 | Prince and the Showgirl (The) Le Prince et la danseuse | Laurence Olivier |
| 1959 | Devil's Disciple (The) Au fil de l'épée | Guy Hamilton |
| 1959 | Entertainer (The) Le Cabotin | Tony Richardson |
| 1959 | Spartacus | Stanley Kubrick |
| 1961 | Power and the Glory (The) | Marc Daniels |
| 1961 | Term of Trial Le Verdict | Peter Glenville |
| 1965 | Bunny Lake Is Missing Bunny Lake a disparu | Otto Preminger |
| 1965 | Khartoum | Basil Dearden |
| 1965 | Othello | Stuart Burge |
| 1967 | Romeo and Juliet Roméo et Juliette | Franco Zeffirelli |
| 1968 | Battle of Britain (The) La Bataille d'Angleterre | Guy Hamilton |
| 1968 | Dance of Death (The) | David Giles |
| 1968 | Oh ! What a Lovely War Ah Dieu, que la guerre est jolie ! | Richard Attenborough |
| 1968 | Shoes of the Fisherman (The) Les Souliers de Saint-Pierre | Michael Anderson |
| 1969 | David Copperfield | Delbert Mann |
| 1969 | Three Sisters | Laurence Olivier |
| 1970 | Nicholas and Alexandra Nicolas et Alexandra | Franklin J. Schaffner |
| 1972 | Lady Caroline Lamb | Robert Bolt |
| 1972 | Sleuth Le Limier | Joseph L. Mankiewicz |
| 1974 | Rehearsal (The) | Jules Dassin |
| 1975 | Gentleman Tramp (The) Charlot, le gentleman vagabond | Richard Patterson |
| 1975 | Marathon Man | John Schlesinger |
| 1975 | Seven Per Cent Solution (The) Sherlock Holmes attaque l'Orient Express | Herbert Ross |
| 1976 | A Bridge Too Far Un pont trop loin | Richard Attenborough |
| 1977 | Boys from Brazil (The) Ces garçons qui venaient du Brésil | Franklin J. Schaffner |
| 1978 | A Little Romance I love you, je t'aime | George Roy Hill |
| 1978 | Betsy (The) | Daniel Petrie |
| 1978 | Dracula | John Badham |
| 1979 | Inchon | Terence Young, Andrew V. McLaglen |
| 1980 | Clash of the Titans Le Choc des titans | Desmond Davis |
| 1980 | Jazz Singer (The) | Richard Fleischer |
| 1982 | Jigsaw Man (The) [La Taupe] | Terence Young |
| 1983 | Bounty (The) | Roger Donaldson |
| 1985 | Wild Geese II (The) | Peter Hunt |