ولد نولان في وستمنستر، لندن، ونشأ في هايجيت. كان والده البريطاني، براندن جيمس نولان، مدير تنفيذي للإعلانات، ووالدته الأمريكية، كريستينا (المولودة جينسن) ، عملت كمضيفة طيران ومعلمة لغة إنجليزية. طفولته كانت مقسمة بين لندن وإيفانستون، إلينوي، وله الجنسية البريطانية والأمريكية. لديه أخ أكبر، ماثيو فرانسيس نولان، مجرم مدان، وأخ أصغر، جوناثان. بدأ صنع الأفلام في سن السابعة، مستعيرًا كاميرا سوبر 8 من والده وتصوير أفلام قصيرة مع شخصياته. أثرت أفعال نولان بشكل خاص في 2001: A Space Odyssey (1968) و Star Wars (1977). في حوالي الثامنة من عمره، صنع فيلم رسوم متحركة وقف للاحتفال بالفيلم الأخير بعنوان Space Wars.
الإنجليزية