Обучался в Лондонском университете, на факультете английской литературы, при этом снимая короткометражные фильмы. Одна из этих короткометражек, Larceny (на русский язык можно перевести как «Кража» или «Воровство»), в 1996 году продемонстрировалась на Кембриджском кинофестивале. В другом фильме, Doodlebug 1997 года, снялся Джереми Теобальд, друг Нолана и будущий исполнитель главной роли в его дебютном полнометражном фильме «Преследование»[1].

Для создания «Преследования» Нолан основывает во второй половине 1990-х продюсерскую компанию Syncopy Films, главной пружиной которой стала его жена, Эмма Томас. У Нолана и Томас трое детей, они проживают в Лос-Анджелесе. «Преследование» (1998) привлёк внимание не только любителей кино, но и представителей голливудских студий, включая Newmarket Films, которая в 2000 году выпустила вторую, также малобюджетную картину режиссёра, «Помни», в одночасье ставшую культовой. Третий фильм, «Бессонница» закрепил успех.

В 2005 году с фильмом «Бэтмен: Начало» Нолан дебютирует как режиссёр крупнобюджетных блокбастеров. Этому предшествовали длительные (с 1997 года) поиски компанией Warner Bros. режиссёра для «перезагрузки» бренда. Среди возможных кандидатов были Дэвид Финчер, Клинт Иствуд, Даррен Аронофски и братья Вачовски, однако все они отказались, и в 2003 году Нолан и сценарист Дэвид Гойер предложили компании своё видение будущего фильма. Их концепция была одобрена, на съёмки и «раскрутку» были потрачены 130 и 100 миллионов долларов соответственно, что делало фильм одним из самых дорогих для того времени. Нолан и Гойер справились с поставленной задачей, и в результате получился один из самых удачных фильмов серии, собравший неплохую кассу и множество хвалебных отзывов.

Далее следуют «Престиж» (2006 год) и очередной фильм о защитнике Готэма, «Тёмный рыцарь» (2008 год), превзошедший первый фильм как по кассовым сборам, так и по оценкам критиков и простых зрителей. Успех «Тёмного рыцаря» позволил Нолану получить полный карт-бланш на производство своего «фильма мечты» — «Начала», идею которого он вынашивал почти 10 лет.