В 1910—1911 — заместитель директора манчестерской начальной школы, затем работал экспедитором сначала в Ливерпуле, затем в Порт-Саиде. В 1914 вышел сборник стихов Стэплдона под названием «Современные псалмы» (англ. Latter-Day Psalms).
Родился в семье Уильяма Клибберта Стэплдона и Эммелайн Миллер в небольшой деревушке Мерсисайд. С 1887 по 1893 годы жил в Египте, в Порт-Саиде, где его отец работал экспедитором. Учился в школе «Эбботсхольм» (1898—1905) и колледже «Баллиол» в Оксфорде (1905—1909), по окончании которого получил степень бакалавра новейшей истории (а в 1913 году — степень магистра новейшей истории). В 1910—1911 — заместитель директора манчестерской начальной школы, затем работал экспедитором сначала в Ливерпуле, затем в Порт-Саиде. В 1914 вышел сборник стихов Стэплдона под названием «Современные псалмы» (англ. Latter-Day Psalms).
Во время Первой мировой войны, будучи пацифистом, отказался участвовать в боевых действиях и с июля 1915 по январь 1919 служил в Квакерском санитарном подразделении во Франции и Бельгии. После войны женился на Агнес Зене Миллер (1894—1984), своей двоюродной сестре из Австралии. В их браке родилось двое детей — Мэри Сидни Стэплдон (родилась в 1920) и Джон Дэвид Стэплдон (родился в 1923). Во время войны и в первые послевоенные годы продолжал заниматься поэзией. С 1920 с семьё жил в Вест-Кирби (в 1940 было завершено строительство дома Саймонс-Филд в деревне Кэлди, куда переехала семья Стэпдона). С 1919 по 1929 проподавал философию и психологию в вечерней школе. В 1925 году получил степень доктора философии в Ливерпульском университете. В эти годы Стэплдон начинает публиковаться в философских журналах, а в 1929 году выходит его работа «Современная теория этики».
Свой первый фантастический роман — историю будущего под названием «Последние и первые люди» — Олаф Стэплдон выпустил в 1930 году. Книга вызвала восторженные отзывы Герберта Уэллса и Джона Пристли. С этого момента Стэплдон прекратил преподавательскую деятельность и полностью посвятил себя литературе. В 1932 выходит его книга «Последние люди в Лондоне» (англ. Last men in London), в 1935 — роман «Странный Джон» (англ. Odd John), посвящённый проблеме взаимодействия сверхлюдей-мутантов с обычными людьми, в 1937 — «Создатель звёзд», самое глубокое, сложное и масштабное произведение Стэплдона, в основу которого лёг недописанный роман «Создатель туманностей» (англ. Nebula Maker), в 1944 году — «Сириус» (англ. Sirius), в котором описана судьба собаки, ставшей разумной в результате научного эксперимента.
В «Последних и первых людях» и «Создателе звёзд» Стэплдон утверждает, что итогом развития не только человеческой, но и других разумных рас является развитие телепатических способностей и слияние разумов отдельных индивидуумов в расовый, а в более отдалённой перспективе и мировой разум, мышление и способности которых находятся за пределами понимания современного человека.
Одновременно с литературным творчеством Стэплдон продолжал публиковать свои философские и общественно-политические труды, участвовал в деятельности левых политических движений; после Второй мировой войны с курсом лекций посетил Нидерланды, Швецию и Францию, в сентябре 1948 года принял участие в Конгрессе сторонников мира во Вроцлаве, в марте 1949 года — в Нью-Йоркской конференции работников науки и культуры за мир во всем мире (единственный британец, поулчивший визу для участия в ней). В 1950 был вовлечён в движение против апартеида. Скончался 6 сентября 1950 года в своём доме в Кэлди от сердечного приступа, кремирован в Лэндиканском крематории.
Идеи Олафа Стэплдона оказали большое влияние на дальнейшее развитие фантастической литературы, прежде всего на творчество Брайана Олдиса, Артура Кларка (который признал влияние Стэплдона на свой роман «Конец детства»), Станислава Лема. Герберт Уэллс позаимствовал ряд идей Стэплдона для сценария к фильму «Облик грядущего». Идеи «Последних и первых людей» и «Сириуса» близки к тем, которые высказал Клиффорд Саймак в своей «истории будущего» — романе Город. Джеймс Блиш назвал в честь Стэплдона лайнер в сериале «Звёздный путь». Но несмотря на всё это известность книг Стэплдона среди массового читателя была и остаётся очень небольшой.
Известно влияние Стэплдона не только на фантастику, но и на науку (философию, футурологию). В «Последних и первых людях» предсказаны генная инженерия и терраформинг. В «Создателе звёзд» содержится первое известное описание сфер Дайсона.
Переведены на русский язык и изданы в России были только две наиболее известные книги Стэплдона — «Последние и первые люди» и «Создатель звёзд», причём произошло это уже в постсоветский период.