O'Loughlin nació en Camberra (24 de agosto de 1976; Canberra, New South Wales, Australia) y es hijo de un maestro de física y astronomía en Sydney (Australia).
Sus papeles más conocidos anteriormente son Kevin Hiatt en The Shield, Mick St. John en Luz de la luna, el Dr. Andy Yablonski en Three Rivers,y Stanla en película de comedia romántica, El Plan B, donde protagonizó junto a Jennifer Lopez.
También es el actual embajador de Donate Life America.
Su carrera profesional empezó en 2004, cuando el actor realizó su primer papel principal en Oyster Farmer como Jack Flange. Continuó en Man-thing, Feed y en mini-series australianas como The incredible journey of Mary Bryant, papel por el cual recibió una nominación a los Australian Film Institute Awards y otra a los Logie Awards.
En el 2005 fue uno de los candidatos para convertirse en el nuevo James Bond. El 7 de agosto de 2005 declaró en el The Daily Telegraph que odiaba ese papel.
En 2007 se unió al reparto de la serie The shield como detective Kevin Hiatt. Finalmente, abandonó el proyecto para dar vida al protagonista de Moonlight (CBS): el detective y vampiro Mick St. John. En el cine, su última película es la co-protagonizada junto a Jennifer Lopez: Plan B (2010).
Año Título Papel
2004 Oyster Farmer Jack Flange
2005 Man-Thing Eric Fraser
Feed Michael Carter
The Incredible Journey of Mary Bryant Will Bryant
2007 The Invisible Marcus Bohem
The Shield Kevin Hiatt
August Rush Marshall
Moonlight Mick St. John
2008 Whiteout Russell Haden
2009 Three Rivers Dr. Andy Yablonski
2010 El Plan B Stan
Hawaii Five-0 10 Steve McGarrett
Fotos: