เดวิด โอเยลโลโอ สำเร็จการศึกษาจากลอนดอน อคาเดมี ออฟ มิวสิค แอนด์ ดรามาติค อาร์ต (แลมดา) และได้รับทุนการศึกษาจากนิโคลัส ไฮท์เนอร์ในปี 1998 โอเยลโลโอได้มีผลงานเป็นโปรเจ็กต์ที่น่าสนใจหลากหลายรูปแบบ ตั้งแต่ภาพยนตร์อินดีไปจนถึงภาพยนตร์บล็อกบัสเตอร์จากสตูดิโอใหญ่ ซึ่งรวมถึงภาพยนตร์ชีวประวัติที่อำนวยการสร้างโดยจอร์จ ลูคัส เรื่อง Red Tails ซึ่งบอกเล่าเรื่องราวของนักบินชาวทัสคีจีผู้สู้รบในสงครามโลกครั้งที่สอง, ภาพยนตร์บล็อกบัสเตอร์ช่วงซัมเมอร์ เรื่อง Rise of the Planet of the Apes ประกบเจมส์ ฟรังโก้และฟรีด้า พินโต, ภาพยนตร์ยอดนิยมที่ได้รับเสียงวิจารณ์ชื่นชมเรื่อง The Help
นอกจากนี้ เขายังแสดงภาพยนตร์โดยลี แดเนียลส์เรื่อง The Paperboy ประกบนิโคล คิดแมน และแมทธิว แม็คคอนนาเฮย์ และภาพยนตร์โดยสตีเวน สปีลเบิร์ก เรื่อง Lincoln ประกบแดเนียล เดย์-ลูอิส และทอมมี ลี โจนส์ นอกเหนือจากนั้น เขายังได้แสดงใน 96 Minutes ซึ่งเปิดตัวงานเทศกาลภาพยนตร์เซาธ์บายเซาธ์เวสปี 2011
ไซมอน แบรนด์เรื่อง Default และภาพยนตร์โดยเอวา ดูเวอร์เนย์เรื่อง The Middle of Nowhere โอเยลโลโอสร้างความประทับใจให้กับผู้ชมเป็นครั้งแรกใน The Suppliants ที่เกท เธียเตอร์ในบทกษัตริย์พาลัสกัส ซึ่งทำให้ขำรับรางวัลเอียน ชาร์ลสัน หลังจากนั้น เขาก็ได้รับบทนำในละครเรื่อง Henry VI และกลายเป็นนักแสดงผิวสีคนแรกที่ได้รับบทกษัตริย์อังกฤษสำหรับอาร์เอสซี (รอยัล เชคสเปียร์ คัมปะนี) บทนี้ทำให้เขาได้รับรางวัลเอียน ชาร์ลสัน อวอร์ดและได้รับการเสนอชื่อชิงรางวัลอีฟนิง สแตนดาร์ด อวอร์ด ผลงานละครเวทีเรื่องอื่นๆ ของเขาได้แก่การแสดงที่ได้รับการยกย่องในละครโดยริชาร์ด บีนเรื่อง The God Brothers ที่บุช เธียเตอร์และบทนำในละครโดยเอสคีลัสเรื่อง Prometheus Bound ซึ่งเป็นละครออฟบรอดเวย์และทำให้เดวิดได้รับเสียงวิจารณ์ชื่นชมอย่างล้นหลาม
นอกเหนือจากละครเวทีแล้ว เดวิดยังได้แสดงในซีรีส์รางวัลบาฟตาเรื่อง Spooks (ออกอากาศในชื่อ MI: 5 ทางบีบีซี อเมริกา) ในบทแดนนี ฮันเตอร์ นอกเหนือจากนั้น เขายังได้รับรางวัลรอยัล เทเลวิชัน โซไซตี้ อวอร์ดสาขานักแสดงนำชายยอดเยี่ยมและได้รับการเสนอชื่อชิงรางวัลบาฟตาจากบทเดียวกันในการแสดงใน Small Island นอกจากนี้ เขายังได้แสดงในภาพยนตร์ออริจินอลทางบีบีซี1 เรื่อง Born Equal ประกบโคลิน เฟิร์ธ และภาพยนตร์บีบีซีปี 2008 เรื่อง A Raisin in the Sun ประกบซานา ลาธานและฌอน พัฟฟี คอมบ์
เดวิดเปิดตัวในอเมริกาด้วยภาพยนตร์เอชบีโอสองเรื่องคือ As You Like It ที่กำกับโดยเคนเนธ บรานาห์และร่วมแสดงโดยไบรซ์ ดลลัส โฮเวิร์ดและมินิซีรีส์เรื่อง Five Days ที่ทำให้เขาได้รับรางวัลแซทเทิลไลท์ อวอร์ดสาขานักแสดงนำชายยอดเยี่ยมประเภทมินิซีรีส์หรือภาพยนตร์ที่แพร่ภาพทางโทรทัศน์ ในปี 2008 เดวิดได้แสดงในซีรีส์ที่ดัดแปลงจากนิยายโดยอเล็กซานเดอร์ แม็คคอล สมิธเรื่อง The No. 1 Ladies Detective Agency ที่กำกับโดยแอนโธนี มิงเกลลา ผู้ล่วงลับ นอกจากนี้ เขายังได้แสดงจอเงินในภาพยนตร์โดยเควิน แม็คโดนัลด์เรื่อง The Last King of Scotland, Who Do You Love, A Sound of Thunder, Derailed และ The Best Man บทบาทที่ท้าทายที่สุดในปัจจุบันของเขาคือภาพยนตร์ชื่อดังทางบีบีซี2 เรื่อง Shoot the Messenger ซึ่งทำให้เขาได้รับการเสนอชื่อชิงรางวัลนักแสดงนำชายยอดเยี่ยมจากงานเทศกาลภาพยนตร์ไทรเบกาปี 2006
