È ben conosciuto dal pubblico televisivo per il ruolo di Mick St. John nella popolare serie sui vampiri di Sci Fi Network Moonlight, prodotta da Silver Pictures, e per The Shield di FOX. Nel 2007, ha interpretato, con Freddie Highmore, Keri Russell, Jonathan Rhys Meyers, Terrence Howard e Robin Williams, il drammatico August Rush. Ricordiamo poi The Holiday, The Oyster Farmer e la miniserie australiana Mary Bryant.
O’Loughlin è impegnato attualmente nella produzione della commedia romantica The Back-Up Plan, con Jennifer Lopez, che uscirà nel 2010, e sarà protagonista di Three Rivers di CBS.
Nato a Canberra, Australia, O’Loughlin ha studiato recitazione al National Institute of Dramatic Art di Sydney.
