Olivier Adam a grandi à Draveil dans l'Essonne[1], avec ses parents et ses deux frères. Après des études de gestion d'entreprises culturelles[2],[3] à l'université Paris-Dauphine[4] — où il rencontre sa future compagne Karine Reysset[4],[5] et mère de ses enfants[5], écrivaine elle aussi — il devient d'abord consultant pour conseiller des collectivités locales dans leur politique culturelle et programmateur de festivals littéraires (Nuits de la Correspondance de Grignan, Les arènes du livre à Nîmes), puis participe à la création des Correspondances de Manosque[2] en 1999, avec Olivier Chaudenson[6]. Il travaille ensuite brièvement dans l'édition, où il est directeur de collection aux éditions du Rouergue[3].
Son premier roman, Je vais bien, ne t'en fais pas, publié en 2000, obtient la reconnaissance de la critique[4]. Il est sélectionné pour le Festival du premier roman en 2001[7]. Dès son troisième roman, Poids léger, en 2002, et l'achat des droits par Jean-Pierre Améris pour en faire une future adaptation[4] (qui sortira en 2004 sur les écrans), il peut se consacrer entièrement à l'écriture[8].
À la suite d'une rencontre avec Geneviève Brisac[3], il écrit parallèlement des ouvrages pour la jeunesse, et anime des ateliers d'écriture en milieu scolaire[2].
Il fait partie en 2005 et 2007 de la dernière sélection du Prix Goncourt pour Falaises puis À l'abri de rien[9] (Prix France télévisions), et, en 2010, pour Le Cœur régulier, de la deuxième sélection du Prix Goncourt[10]. Entre-temps, son roman Des vents contraires a été couronné par le prix RTL-Lire.
Deux ans plus tard, il quitte les éditions de l'Olivier pour Flammarion, où il suit son éditrice Alix Penent. Paraît alors son roman Les Lisières (Prix des libraires de Nancy-Le point), qui reçoit un très grand succès critique et public[réf. nécessaire].
La même année, son roman Falaises (publié en 2005) est « librement adapté »[12] en bande dessinée, sur un scénario de Loïc Dauvillier, et des dessins de Thibault Balahy.
Son ouvrage Peine perdue sort en août 2014 chez Flammarion. L'ouvrage est finaliste du Prix des libraires 2015[13].
De 2014 à 2017, il tient une chronique mensuelle dans le journal Libération.
En 2016, son ouvrage La Renverse se penche sur le sort des proches d'un homme politique éclaboussé par un scandale sexuel[14].
En 2018 paraît chez Flammarion Chanson de la ville silencieuse. Puis, chez Robert Laffont dans la collection « R » destinée aux adolescents et jeunes adultes, La tête sous l'eau. Suivront, dans cette collection : Les roches rouges, Dans la nuit blanche et Mon cœur en cendres[15] en 2023.
À la rentrée littéraire d'août 2019 paraît Une partie de badminton, qui signe le retour de son double, Paul, déjà croisé dans Des vents contraires et Les lisières.
En 2020 et 2022 paraissent successivement Tout peut s'oublier et Dessous les roses.
Il fait paraître en 2023 son premier recueil de poésie, chez Bruno Doucey : Personne n'a besoin de savoir.
En 2024 sort Il ne se passe jamais rien ici, chez Flammarion.
2009 : Welcome, film de Philippe Lioret, dont il est coscénariste, avec le réalisateur, et Emmanuel Courcol. Ils sont tous les trois nommés pour le César du meilleur scénario aux César du cinéma 2010, où le film a obtenu neuf nominations. Le film a totalisé 1,3 million d'entrées en France. Il a en outre été le sujet d'une violente polémique opposant le ministre de l'Immigration Éric Besson, le réalisateur Philippe Lioret et l'acteur Vincent Lindon.
2024 : Mikado, dont il est coscénariste, avec la réalisatrice Baya Kasmi[21].
2008 : son texte « En douce » est adapté en musique, à la suite du Festival Les Correspondances de Manosque, par Joseph d'Anvers, sur le livre disque collectif Fantaisie littéraire.
2023 : son recueil de poésie Personne n'a besoin de savoir fait l'objet d'une adaptation sous forme de lecture mise en musique par son frère Julien Adam, disponible sur toutes les plateformes de streaming.