Olivier Marchal, qui est né le 14 novembre 1958 en Gironde, a un parcours plutôt atypique. Après avoir passé le concours d'inspecteur de police, il intègre en 1980 la brigade criminelle de Versailles puis rejoint la section antiterroriste où il a pour collègue, Simon Michaël, l'auteur des Ripoux. Chef d'une brigade de nuit dans le milieu des années 80, Olivier Marchal, qui a toujours été attiré par la comédie, suit en parallèle des cours de théâtre à Paris. En 1988, il fait d'ailleurs sa première apparition à l'écran dans le film Ne réveillez pas un flic qui dort avec Alain Delon et Michel Serrault. En 1992, il quitte définitivement la police. L'année suivante, il joue le rôle d'un inspecteur dans
Profil bas de Claude Zidi puis se met à écrire plusieurs scénarios pour le Commissaire Moulin et devient le personnage récurrent des séries Quai n°1 ou encore Police district.

En 2002, il réalise son premier long-métrage, un thriller plus exactement...
Gangsters, dans lequel Richard Anconina et Anne Parillaud tiennent le haut de l'affiche. Deux ans après, il met en scène le film, 36 Quai des Orfèvres, plusieurs fois nommé aux César. Il est à nouveau employé comme acteur dans plusieurs films dont Le sixième homme,
Ne le dis à personne de Guillaume Canet en 2006, Truands et Scorpion qui sont sortis sur les écrans l'année suivante.
Après la création de la série Flics (saison 1) avec Frédéric Diefenthal, Olivier Marchal repasse derrière la caméra pour réaliser
MR 73. Dans ce film, Daniel Auteuil joue un flic dépressif et alcoolique à la recherche d'un tueur en série. Dans son rôle de metteur en scène, il est d'une sincérité absolument poignante, livrant des histoires bouleversantes et souvent tragiques. En 2008, il apparaît dans trois films : Un roman policier,
Le bruit des gens autour et Pour elle. Il réalise ensuite la série Braquo qui remporte un grand succès pour sa première saison.
Depuis, on a pu le voir dans
Quelque chose à te dire (2009) aux côtés de Mathilde Seigner et Pascal Elbé, Diamant 13 avec Gérard Depardieu et
Le fils à Jo, dans lequel il tient le premier rôle avec Gérard Lanvin. Le contact est semble-t-il passé entre les deux hommes puisque Olivier Marchal le dirige dans
Les Lyonnais, après avoir bouclé la seconde saison de Braquo. Ce film s'inspire de l'histoire de véritables gangsters du gang Les Lyonnais qui sévissaient en France dans les années 1970.