Nacido en Hawaii, Timothy David Olyphant se crió en Modesto, California.

Timothy se convirtió rápidamente en el hijo favorito de Modesto, compitiendo como nadador profesional. Fue por casualidad que se inscribió en un curso de actuación como clase alternativa. 

Después de graduarse en 1990, Olyphant consideró una carrera en el arte comercial. Mientras estaba en el proceso de solicitar un título universitario en Bellas Artes y trabajar como entrenador de natación en Irvine Novaquatics, Olyphant decidió mejor mudarse a Nueva York para explorar otras opciones.

Inicialmente interpretó comedia de stand-up. Al final, decidió convertirse en un actor. En su último año de universidad, se inscribió en un curso de actuación como clase alternativa. Completó un programa de actuación de dos años en William Esper Studio de Nueva York y comenzó a audicionar para los papeles.

Hizo su debut como actor en el teatro Off-Broadway en 1995 en The Monogamist, ganando el Premio Theater World por su actuación.

Lo más destacado de la carrera de Olyphant incluyen su fascinante interpretación del sheriff Seth Bullock en el exitoso drama de HBO, Deadwood (2004). Ahora personifica la intensidad como el complejo oficial de Kentucky Raylan Givens, en la serie de FX Justified (2010). En la pantalla grande, en 2010 participó en The Crazies (2010), en donde tuvo la oportunidad de infundir en su personaje dudas, miedos y humanidad en una situación inhumana.

Timothy está casado con su novia de la universidad, Alexis Knief y juntos, crían a sus tres hijos (un hijo y dos hijas) en California.

Él ha logrado mantener su vida personal fuera de los tabloides. Obviamente, tiene claras sus prioridades, ya que no es una tarea fácil en Hollywood.