Con quella faccia da bravo ragazzo, Tim Olyphant non poteva al principio aspirare a ruoli da duro né da cattivo e ha dovuto costruirsi una carriera con parti inizialmente marginali. Hawaiano di nascita, cresciuto in California, si fa conoscere a teatro ma passa rapidamente al grande e piccolo schermo.

Tanto lavoro in Tv
Appare inizialmente ne Il club delle prime mogli (1996) e in Una vita esagerata (1997), ma il film che gli dà finalmente una parte di rilievo è Scream 2 (1997), nei panni del giovane e cinico studente di cinema Mickey Altieri. Nuotatore provetto, Tim non avrà problemi a interpretare il ruolo di un personaggio teoricamente dieci anni più giovane. Sarà però Go - Una notte da dimenticare di Doug Liman, accanto a una serie di volti nuovi del cinema americano, a dargli una vera risonanza, ottenendo per la prima volta, un ruolo principale. Da allora una buona quantità di apparizioni in pellicole commerciali ne costruiscono, poco a poco, una carriera hollywoodiana.

Hollywood
Nel 2001 appare nel film a tematica omosessuale Il club dei cuori infranti, nel ruolo del protagonista, Dennis, fotografo di Hollywood. È poi il chitarrista dei Blood Pollution in Rock Star (2001) di Stephen Herek, accanto a Jennifer Aniston. In Fuori in 60 secondi (2000) con Nicolas Cage è il detective sulle tracce della banda di ladri d'automobili. Decisamente più impegnata la parte ne La sicurezza degli oggetti (2001), mentre è accanto a Vin Diesel ne Il risolutore(2002), e si mostra nel ruolo di Pete Moore ne L'acchiappasogni (2003) tratto da un romanzo di Stephen King. In televisione appare in Sex and the city, nei panni del giovane che seduce Sarah Jessica Parker oltre che nella serie della CBS Mr & Mrs Smith. Rapidamente, Timothy viene costruendosi un ruolo cinematografico che ruba le scene, come personaggio d'impiccio, cattivo o quasi, spesso più divertente dei protagonisti.

Maturità, cambio di genere
Ne La ragazza della porta accanto (2004) è il produttore di cinema porno alla ricerca della sua ex attrice prediletta, interpretata dalla provocante Elisha Cuthbert, ragazza della porta accanto dell'ignaro Matthew (Emile Hirsch). In Die Hard - Vivere o morire (2007) è Thomas Gabriel, il terrorista esperto informatico che manda in tilt l'intero sistema degli Stati Uniti, dando del filo da torcere allo sbracciato Bruce Willis, con un piano naturalmente machiavellico. Si conferma particolarmente portato per i film d'azione: eccolo quindi in Hitman - L'Assassino (2007); in A Perfect Getaway (2009); nella produzione araba La città verrà distrutta all'alba, del 2010. Battezza il 2011 con un ruolo in una produzione d'alta risonanza: Sono il numero Quattro, di D.J. Caruso. Lo vedremo poi nel film di Shawn Levy This Is Where I Leave You e in Mother's Day di Garry Marshall (2016), ed è atteso in Snowden (2016) di Oliver Stone.