Hans barndom blev delt mellem London og Evanston, Illinois, og han har både britisk og amerikansk statsborgerskab. Han har en ældre bror, Matthew Francis Nolan, en dømt kriminel, og en yngre bror, Jonathan. Han begyndte at lave film i en alder af syv, låne sin fars Super 8 kamera og skyde korte film med sine actionfigurer. Voksende op, Nolan var især påvirket af 2001: A Space Odyssey (1968) og Star Wars (1977). Omkring otte år, han lavede en stop motion animation hyldest til sidstnævnte kaldet Space Wars.
syv