Нолан народився в Лондоні. Його батько-англієць — Брендан Джеймс Нолан, займався рекламними проєктами, а мама-американка — Крістіна Дженсен, стюардеса. У родині є середнім, має молодшого і старшого братів, Джонатана та Меттью. Дитинство провів у Лондоні та Чикаго. У 7 років захопившись кінематографом, почав знімати на батькову камеру «Super 8» іграшкових солдатиків з початковими елементами екшену. Також у дитинстві особливо захоплювався фільмом «Космічна одіссея 2001 року». У віці близько восьми років створив лялькову мультиплікацію «Space Wars».
Досягнувши повноліття, отримав подвійне громадянство.
Навчався в Лондонському університеті на факультеті англійської літератури. У цей час зняв короткометражки, одна з яких — Larceny (Крадіжка) в 1996 році була продемонстрована на Кембриджському кінофестивалі.
