Дэвид Ойелоуо родился 1 апреля 1976 года в городе Оксфорд, Оксфоршир, Великобритания. Поступил в молодежный театр, куда его пригласила девушка, которая ему нравилась. Затем Дэвид обучался искусству театра на уровне A в колледже Айлингтона. Дэвид окончил Лондонскую академию музыки и драматического искусства (LAMDA).
Дэвид известен по роли Дэнни Хантера в британском телесериале «Призраки». В кино снимается с 2005 года, когда на экраны вышел фантастический триллер «И грянул гром». Через год сыграл в оскароносной драме «Последний король Шотландии», однако настоящий успех пришел к Ойелоуо в 2011 году после выхода на экраны блокбастера «Восстание планеты обезьян» и драмы «Прислуга». Актер также играет агента Каллуса в анимационном сериале «Звёздные войны: Повстанцы».
В 2012 году Ойелоуо снялся сразу в нескольких ставших успешными проектах: триллере «Газетчик» режиссера Ли Дениэлса, байопике «Линкольн», триллере «Джек Ричер» с Томом Крузом в главной роли, драме об агенте МИ5 «Причастный». За роль Мартина Лютера Кинга в «Сельме» Ойелоуо был номинирован на премию «Золотой глобус» в категории «Лучший актёр в драме». Также актер вошел в звездную команду актеров, снявшихся в фантастической картине Кристофера Нолана «Интерстеллар».
Фильмография актера пополнилась такими картинами, как «Пленник», «Нина», «Соединенное королевство», «Королева из Катве», «Излом времени». В 2018 году на экраны с участием актера вышла картина режиссера Нэша Эдгертона «Опасный бизнес».
Дэвид Ойелоуо женат на актрисе Джессике Ойелоуо, у них четверо детей. Семья живет в Лос-Анджелесе.