Родился 25 мая 1941 года в подмосковном Люблине в семье крупного железнодорожного инженера и учительницы.
В 1963 году окончил Театральное училище имени М.С. Щепкина (педагог Николай Анненков).
В 1963-1969, 1973-1976 годах – актёр театра "Современник".
В 1971-1973 годах – актёр Ленинградского театра имени Ленинского комсомола.
С 1976 года – актёр театра на Малой Бронной в Москве.
С 1980 года – актёр Малого театра.
В 1980-1981 годах – педагог ВГИКа.
Первая работа в кино – роль Алика Крамера в фильме режиссёра Александра Зархи "Мой младший брат" (1962) по повести "Звёздный билет" Василия Аксёнова, где Даль сыграл героя 1960-х годов, юнца-интеллектуала из московской подворотни. Большинство героев Даля в ранний период творческой деятельности – его сверстники. Он присваивал им многие свои черты. Прежде всего, конечно, внешность худого, но очень изящного молодого человека, с ясными большими глазами, выразительной, своеобразной пластикой и удивительным, только ему присущим лукаво-нежным, немного грустным обаянием. В молодом Дале было и то, что никак не зависело от фактуры и внешних данных. Трепетность, поэтическая вдохновенность помогли актёру выразить время, проявляющееся в увлеченности искусством, тяготением к спорам и верой в жизнь. В 1966 году Владимир Мотыль предложил Далю роль Жени Колышкина в фильме "Женя, Женечка и "катюша". «Это был тот редкостный случай, когда артист явился будто из воображения, уже сложившего персонаж в пластический набросок», – вспоминал позже режиссёр киноленты. 21 августа 1967 года состоялась премьера и вызвала большой интерес у зрителей. Тем не менее на широкий экран картина тогда не попала: было отпечатано минимальное количество копий, прокат был разрешен только в провинции.  Важный этап творческой судьбы Олега Даля – исполнение роли Евгения Соболевского в фильме Наума Бирмана "Хроника пикирующего бомбардировщика" (1967). Благодаря созданному им образу умного и обаятельного парня Жени Соболевского, 27-летний Даль стал одним из самых популярных актёров советского кинематографа.  Роль Кукольника и Солдата в "Старой, старой сказке" (режиссёр Надежда Кошеверова, 1968) ещё больше укрепила любовь зрителей. Олег Даль продолжает работать в кинематографе. Он снимается в роли Шута в фильме "Король Лир" режиссёра Григория Козинцева (1970). Этот персонаж был выстроен Далем из одних острых углов: голый череп, торчащие уши, ввалившиеся щёки. Трагические и мудрые глаза. Вместо шутовского наряда – ветхое рубище. Его задача не развлекать, а бередить раны. В 1971 году Даль снимается в картине режиссёра Надежды Кошеверовой "Тень", исполняя сразу две роли: Учёного и его Тени. Учёный – добрый, милый неудачник в потертом бархатном костюмчике, вечный юноша, ждущий встречи со сказочно прекрасной любовью, с приключениями. Но вдруг приключение оборачивается раздвоением личности, и Тень-Даль мечется среди андресеновских декораций с длинными ломающимися пальцами, с лицом-маской, с дикими животными повадками.  В 1977 году Олег Даль снимается у Анатолия Эфроса в фильме "В четверг и больше никогда" в роли Сергея. Последней их совместной работой стала картина "Острова в океане" (1978). «Он был душевно очень высокий человек. Очень жесткий, а за этой жесткостью – чрезвычайная тонкость и хрупкость», – говорил об актёре А.В. Эфрос. 11 ноября 1980 года Даль был зачислен в труппу Малого театра, где ему лишь единожды (31 декабря 1980 года) довелось сыграть роль Алекса ("Берег" Юрия Бондарева, режиссёр В. Андреев). Последней работой в кино стала роль Виктора Свиридова в фильме "Незваный друг" режиссёра Леонида Марягина (1981).
Олег Иванович Даль скончался утром 3 марта 1981 года на 40-м году жизни в гостиничном номере города Киева.
Похоронен актёр 7 марта 1981 года на Ваганьковском кладбище в Москве (участок № 12).

Незваный друг (1980)

Мы смерти смотрели в лицо (1980)

Приключения принца Флоризеля (ТВ) (1979)

Отпуск в сентябре (ТВ) (1979)

Расписание на послезавтра (1978)

Острова в океане (ТВ) (1978)

Как тоску одолели (1978)

Личное счастье (мини-сериал) (1977)

Золотая мина (1977)

В четверг и больше никогда (1977)

Как Иванушка-дурачок за чудом ходил (1977)

12Обыкновенная Арктика (ТВ) (1976)

Вечно живые (ТВ) (1976)

Страницы журнала Печорина (ТВ) (1975)

Ночь ошибок (ТВ) (1975)

Военные сороковые (1975)

Вариант «Омега» (мини-сериал) (1975)

Горожане (1975)

Не может быть! (1975)

Звезда пленительного счастья (1975)

Домби и сын (ТВ) (1974)

Пожар во флигеле, или Подвиг во льдах (ТВ) (1973)

Плохой хороший человек (1973)

Земля Санникова (1973)

Тень (1971)

Король Лир (1970)

Ждите моего звонка (1969)

Солдат и царица (1968)

Старая, старая сказка (1968)

Хроника пикирующего бомбардировщика (1967)

Женя, Женечка и «Катюша» (1967)

Черный котенок (1965)

Строится мост (1965)

Человек, который сомневается (1963)

Первый троллейбус (1963)

Мой младший брат (1962)