Alex O’Loughlin Canberra-ban, Ausztráliában született 1976. augusztus 24-én Alexander O'Lachlan néven. Édesapja fizika és asztronómia tanár Sydneyben. 2002-ben diplomázott a National Institute of Dramatic Art-on..

Filmes karierje 2004-ben indult el az Oyster Farmer c. filmmel. Ezután feltûnt a Valami van odalent-ben, a Feed-ben, és egy ausztrál mini-sorozatban a Mary Bryant-ben. A 2007-ben a The Shields - Kemény zsarukban szerepelt, igaz csak 7 rész erejéig, de nagyon élvezte a forgatásokat.

A Kemény zsaruk-ban nyújtott vendégszerepláse után elnyerte a CBS csatorna Holdfény c. sorozatának a fõszerepét, aki egy magánnyomozó és (nem elfelejtendõ, hogy) vámpír is, Mick St. John. A sorozat forgatása a hollywood-i forgatókönyvíró sztrájk miatt leállt. Habár (USAban) a péntek esti idõpontban vetítették, és egyenletes nézettsége volt (kb. 7 milló nézõ), a CBS úgy döntött, hogy nem rendelik be a második évadot. A lelkes rajongók az interneten még petíció aláírásába is belekezdtek, hogy "visszaszerezzék" kedvenc szériájukat, de a vezetés nem engedett.

2005-ben jelentkezett az új James Bond szerepére, de 2005. augusztusában a The Daily Telegraph, ausztrál újság, megerõsítette a hírt, hogy Daniel Craig kapta meg a szerepet.
2005-ben Australian Film Institute Awards-on jelölték a Legjobb Fõszereplõ díjára a Mary Bryant-ban nyújtott játékáért. 2006-ban pedig Logie Awards of 2006-on jelölték a Legkiemelkedõbb színész dráma sorozatban kategóriában, szintén úgyan ezért a filmért.

2008. augusztusában a CBS egy új mûsort kezdett szervezni, aminek a producere Mark Gordon lett volna, és a castingra behívták õt is, ám a produkcióból semmi nem lett. Ám egy másik sorozatban, a Three Rivers – Három folyamban szerepet kapott, mely egy korházi dráma, a rendező pedig Carol Barbee. A sorozatot vasárnap esténként adták a 2009/10-es évfolyamban, ám mindössze egy év után megbukott.
2009. áprilisában vendégszerepelt a Criminal Minds – Gyilkos Elmék c. sorozatban mint egy sorozatgyilkos. 2010-ben Jennifer Lopez oldalán egy romantikus vígjátékban, a The Back-up Plan-ban játszott.
2010. februárjában érkezett a bejelentés, mi szerint a CBS egy új sorozatot indít Hawaii Five-0 címmel, melynek egyik főszereplője Alex lesz. A sorozat 2010. szeptember 20-án debütált, és azóta is hatalmas népszerűségnek örvend, s ezt bizonyítja többek között a People's Choice Awards-on elnyert Favorite New TV Drama kategóriagyőzelem 2010-ben és 2011-ben is.

Magánélete rendezett: Nyugat Hollywoodban, Los Angelesben van az otthona, ám jelenleg Honululu-n, Hawaii-on lakik a sorozat forgatásai miatt.
Van egy fia, Saxon, aki Alex 20 éves korában született, s jelenleg az édesanyjával lakik Ausztráliában, ám gyakran meglátogatja Alexet az államokban.
Alex 2009. februárjáig az ausztrál énekes-, és színésznő Holly Valance-al járt, majd szakítottak. Később szárnyra keltek olyan pletykák is, mi szerint a Three Rivers-beli partnernőjével, Amber Clayton-nal randizgat.

Ha éppen nem forgat, akkor szeret olvasni, motorozni, harcművészeteket űzni, a szabadban lenni, boxolni, zenét írni, gitározni, sziklát mászni, és főzni.