ينحدر أوليفييه مارتينيز من عائلة من الطبقة العاملة، نشأ في ضواحي باريس. ترك المدرسة في سن مبكرة، وشغل العديد من الوظائف الصغيرة مثل بائع الجينز. حثه أصدقاؤه على تجربة التمثيل، وفي سن 23 التحق بالمعهد الموسيقي الدولي في باريس. بعد عدة عروض تلفزيونية، وصل إلى السوق الدولية بفيلم The Horseman on the Roof (1995)، الذي وُصف في جولته الترويجية الأمريكية لهذا الفيلم باسم "Brad Pitt الفرنسي".