Родился 2.07.1903 в Великобритании. Сын короля Хокона VII и Мод, дочери английского короля Эдуарда VII. По отцу датский принц из дома Глюксбургов, правнук Кристиана IX, по матери — внук британского короля Эдуарда VII. До избрания отца на норвежский престол (1905) носил имя Александр.

В 1924 окончил Норвежскую военную академию, после чего изучал юриспруденцию и экономику в английском Оксфорде. Олаф был прекрасным атлетом, прыгал на лыжах с трамплина и до преклонных лет управлял яхтой. В 1928 в Амстердаме в составе норвежского экипажа он стал олимпийским чемпионом по парусному спорту на 6-метровой яхте.

21.03.1929 женился на своей кузине шведской принцессе Марте Бернадотт внучке короля Швеции Оскара II. Кронпринцесса быстро завоевала любовь норвежского народа за свой скромный, весёлый и щедрый характер. В 1939, незадолго до начала Второй мировой войны, наследный принц и принцесса сделали большой визит в Соединенные Штаты, где подружилась с президентом Франклином Рузвельтом и его женой Элеонорой Рузвельт.

Во время нацистской оккупации Норвегии в 1940-1944 кронпринц Олаф был в Великобритании, в то время как его жена и дети жили в США. Олаф инспектировал эмигрантскую норвежскую и союзные армии, поддерживал дружеские отношения с президентом США Франклином Рузвельтом. Имел высшие награды многих союзных держав. В 1944 был назначен министром обороны Норвегии и принимал участие в разоружении немцев в Норвегии, после войны командовал ПВО страны. Хотя роль Олафа в норвежской армии была чисто церемониальной, к вопросам национальной безопасности он относился очень серьёзно.

Брак Олафа и Марты был счастливым во многом благодаря их искренней любви и привязанности друг к другу. В семье родилось 3 детей: Рагнхильда (1930), Астрид (1932), а также долгожданный наследник, Харальд (1937). Но 5.04.1954 супруга Олафа умерла от рака ещё до вступления Олафа на престол.

Олаф стал королём Норвегии 21.09.1957. Во время царствования он был очень популярен, ездил по городу в машине (которую водил сам) без охраны, заявив в одном из интервью, что имеет 4 миллиона телохранителей, имея в виду всех жителей Норвегии. Серьёзно занимался, как и в бытность кронпринцем, военными вопросами, делал много государственных визитов. В 1961 Олаф был награждён Нансеновской медалью, вручаемой Комиссией по делам беженцев при ООН.

Олаф V умер 17.01.1991. По некоторым данным, кончину короля ускорили известия о начавшейся в январе 1991 войне в Персидском заливе. Преемником Олафа стал его единственный сын Харальд.