Pedro Olea Bilbon jaio zen, eta Ekonomiako ikasketak aldera batera utzita, errealizadore titulua lortu zuen, Madrilgo Zinema Eskola Ofizialean. TVEn hasi zen lanean. Han, erdimetrajeak egin zituen, bai dokumentalak bai fikziozkoak: Xantares, La ría de Bilbao, La Ronca, Topycal Spanish, El Rastro de Ramón eta José María Iñigok aurkezten zuen Último grito telesaileko lehenengo atalak, besteak beste.

Bere lehenengo film luzea Días de viejo color izan zen (1967). Harekin, Zinema Idazleen Zirkuluaren zuzendari berri onenaren saria eta Tangerreko zinema-jaialdiko sari bat irabazi zituen. En un mundo diferente (1968) filmatu ondoren, El bosque del lobo filmarekin (1970), kritikarien artean arrakasta handia lortu zuen, eta zinema-jaialdietan hainbat sari nazional eta nazioarteko eskuratu zituen, esaterako Valladolidekoan eta Chicagokoan. 1972an, La casa sin fronteras zuzendu zuen eta harekin Berlingo zinema-jaialdian (lehiaketan) eta Los Angelesekoan parte hartu zuen. Pelikula hori 1973ko Oscarretan lehiatzeko aukeratu zuten. Bere hurrengo lanek ere, hau da, No es bueno que el hombre esté solo (1973), Tormento (1974) eta Pim, pam, pum… ¡Fuego!-k (1975), hainbat zinema-jaialditan parte hartu zuten.Tormento Donostia Zinemaldian saritua izateaz gain, protagonistak, Concha Velascok, zenbait sari nazional irabazi zituen. 1976an, La Corea zuzendu zuen, eta 1978an, Un hombre llamado Flor de Otoño. Bigarrenarekin, Donostia Zinemaldian gizonezko aktore onenaren (José Sacristán) Zilarrezko Maskorra irabazi zuen.Ondoren, Akelarre filmatu zuen (1983). Berlingo zinema-jaialdian lehiatu zen eta Karlovy Varykoan lehiaketaz kanpo aurkeztu zuten. Beste film luze batzuk ere egin zituen: Bandera negra (1986), El día que nací yo (1991) eta El maestro de esgrima (1992). Azkenak Donostia Zinemaldia inauguratu zuen, hiru Goya sari irabazi zituen eta 1993ko Oscar sarietarako hautagai izan zen. Bere ondorengo pelikulak ere nazioarteko zinema-jaialdietan aurkeztu zituen eta sari asko jaso zituzten: Morirás en Chafarinas (1994), Más allá del jardín (1996) –hiru Goya eman zizkioten– eta Tiempo de tormenta (2003) –Málagako zinema-jaialdian Epaimahaiaren Sari Berezia eta gidoi onenaren saria eskuratu zituen.

Bere ibilbide luzean, Oleak publizitatean lan egin du eta dokumental batzuk egin ditu, adibidez: Gernika (1982), Bihotzez (1983) eta Athletic, un siglo de pasión (1998). Telebistarako fikzioaren arloan, La huella del crimen telesaileko atal bat filmatu zuen, «El caso de las envenenadas de Valencia» (1985), eta La leyenda del cura de Bargota TVErako film luzea (1986). Arlo horretan egin duen azken lana La conspiración izan da (2012), TVEk eta ETBk ekoitzitako TVmovie-a. Halaber, antzerki-zuzendari gisa aritu da, Antonio Galaren Inés desabrochada (2003) lanean –zuzendaritza eszeniko onenaren Oihala saria jaso zuen– eta Rafael Azconaren El pisito (2009) izenekoan –urteko zuzendaritza eszeniko onenaren Rojas saria–.

Oleak bere ibilbidean jaso dituen sari eta omenaldi ugarien artean, ondokoak nabarmentzen dira: Kairoko zinema-jaialdikoa (Elia Kazanekin batera), Nanteseko Espainiako Zinemaren Jaialdikoa, Valladolideko SEMINCIkoa (bere ibilbideagatik Urrezko Galburua eman zioten), Bilboko Arte Ederren Museoko Filmategiarena, Donostia (bizitza osoko ibilbidearen saria), Sitges, Ourense eta Astorgako zinema-jaialdietakoa eta Espainiako Arte eta Zientzia Zinematografikoen Akademiak eskaini zion omenezko zikloa.