Alex O'Loughlin kam als Alexander O'Lachlan in Australien auf die Welt. In Sydney studierte er dann am "National Institute of Dramatic Arts". Im Jahr 2002 konnte er sich den Bachelor in seinen Steckbrief schreiben. Schon im Folgejahr fand der Schauspieler Arbeit bei der TV-Serie "White Collar Blue". Das nächste Angebot ließ nicht lange auf sich warten: 2004 spielte Alex O'Loughlin im Streifen "Oyster Farmen". Durch weitere Rollen in australischen Serien und Filmen wurde der Schauspieler immer bekannter in seinem Heimatland.
Fast wäre Alex O'Loughlin sogar der neue James Bond geworden, doch die Produzenten entschieden sich letztendlich für Daniel Craig. Doch Hollywood rief schon nach ihm. In "Liebe braucht keine Ferien" (2006) war Alex O'Loughlin das erste Mal in einer Produktion der Traumfabrik zu sehen. Mit seiner Rolle in der Serie "The Shield - Gesetz der Gewalt" erhöhte der Schauspieler seinen Bekanntheitsgrad noch weiter. Auch in der Vampir-Serie "Moonlight" (2007-2008) spielte er einen Part. Nebenbei spickte er seinen Steckbrief mit Werbespots für Tampons und Autos.
2010 kam der Film "Plan B für die Liebe" heraus, in dem Alex O'Loughlin den Lover von Jennifer Lopez spielte. Kurze Zeit später ergatterte der Australier die Hauptrolle des Steve McGarrett in der Krimiserie "Hawaii Five-0", des Remakes von "Hawaii Fünf-Null".
Alex O'Loughlin hat einen Sohn mir einer Australierin, der ihn aber oft in seiner Wahlheimat Amerika besucht. 2009 trennte sich der Schauspieler von Dauerfreundin Holly Valance. Im August 2012 wurde bekannt, dass seine Surfer-Freundin Malia Jones ein Kind von ihm erwartet.