Né d'un père anglais et d'une mère américaine, Christopher Nolan a commencé dès son plus jeune âge à réaliser des films avec la caméra 8mm de son père, et ce malgré son daltonisme. Son court métrage en 8mm, Tarantella, est diffusé aux États-Unis sur la chaîne PBS alors qu'il est encore étudiant en lettres à l'Université de Londres.

Au milieu des années 90, il tourne en 16 mm deux courts métrages, Larceny et Doodlebug, suivis de son premier long métrage à petit budget et en noir et blanc, Following (1998). Le succès de cette histoire de voyeurisme, dans différents festivals, permet à Christopher Nolan de réaliser, deux ans plus tard, Memento. Grâce à une construction ingénieuse (une succession de flash-backs), qui lui vaut une nomination aux Oscars, Memento devient culte. Nolan est alors courtisé par les grands studios américains et, en 2002, il dirige Al Pacino et Robin Williams dans le thriller Insomnia.

Désormais considéré comme rentable par Hollywood et doué d'un sens artistique original, il est chargé de diriger les nouvelles aventures de Batman, Batman Begins (2005). Assumant la pression des studios, il redonne un second souffle au héros, en le rendant plus sombre et tourmenté que jamais. Il choisit Christian Bale pour interpréter l'homme chauve-souris et renouvelle sa collaboration avec l'acteur dans son sixième long-métrage, Le Prestige (2006), un thriller mettant en scène la lutte de deux magiciens au début du 20ème siècle.

Christopher Nolan se consacre alors à The Dark Knight, Le Chevalier Noir (2008), suite de Batman Begins, où il oppose le super-héros à son ennemi juré, le Joker. Une nouvelle fois porté par Christian Bale, le film s'enfonce dans une noirceur inhabituelle pour ce genre de production. Cela ne l'empêche toutefois pas de réaliser un démarrage exceptionnel aux Etats-Unis en récoltant plus de 155 millions de dollars en un week-end, un record, et de valoir un Oscar post-mortem au regretté Heath Ledger pour sa prestation démente en joker terroriste et anarchiste.

Entourant chacun de ses films d'un certain mystère, il ne déroge pas à la règle avec Inception (2010), mêlant thriller et SF au cœur d'une intrigue se déroulant à l'intérieur des rêves. Pour ce nouveau long métrage, il débauche Leonardo DiCaprio. Avec ce nouveau succès planétaire (plus de 825 millions de dollars dans le monde), Nolan se dirige ensuite vers la conclusion de sa trilogie Batman, avec The Dark Knight Rises. Reprenant le casting d'origine, avec des ajouts importants (Marion Cotillard, Anne Hathaway, Joseph Gordon-Levitt), le film confronte Batman au violent Bane (Tom Hardy).

Une fois la trilogie Batman bouclée, il s'attaque à une autre figure de l'écurie DC Comics, et pas des moindres : il écrit et produit Man of Steel, une nouvelle adaptation des aventures Superman, mais en confie la réalisation à Zack Snyder. Il ne retourne derrière la caméra qu'en 2014, pour réaliser Interstellar, une fable SF pour laquelle il envoie Matthew McConaughey dans l'espace à la recherche d'une planète de substitution. En 2017, Nolan s'attaque pour la première fois au film de guerre avec Dunkerque, le récit de la fameuse évacuation des troupes alliées de Dunkerque en mai 1940.

En 2020 sort Tenet, après de nombreux reports liés à la pandémie de Covid-19. Ce mystérieux film d'espionnage, où il est aussi question de renversement temporel, est emmené par John David Washington et Robert Pattinson. Trois ans plus tard, il revient à la Seconde Guerre mondiale avec le biopic Oppenheimer, centré sur le développement de l'arme atomique. Pour l'occasion, il sollicite quelqu'un qu'il connaît bien dans la peau du rôle-titre : Cillian Murphy. Salué par la profession et le public, le long-métrage, malgré sa durée de 3h, est l'un des grands succès de l'année 2023. Le long-métrage rafle sept statuettes lors de la cérémonie des Oscars 2024, dont celle du meilleur film et du meilleur réalisateur.