Diplômé de l’Institut d’études politiques de Paris et licencié en droit, Olivier Dutheillet de Lamothe est nommé auditeur au Conseil d’État en 1975 à sa sortie de l’ENA (promotion Léon Blum).

Responsable du centre de documentation de 1977 à 1979, puis commissaire du gouvernement prés l’assemblée du contentieux de 1981 à 1986, il était depuis 2010 rapporteur à la section sociale.

Olivier Dutheillet de Lamothe a effectué une partie de sa carrière à l’extérieur du Conseil d’État comme conseiller technique au ministère de la santé et de la sécurité sociale de 1979 à 1981, puis conseiller auprès du ministre des affaires sociales et de l’emploi de 1986 à 1987, avant d’occuper les fonctions de directeur des relations du travail à ce ministère de 1987 à 1995.

Conseiller social à la présidence de la république (1995-1997), puis secrétaire général adjoint de l’Elysée (1997-2000), il a été membre du Conseil Constitutionnel de 2001à 2010 avant de réintégrer le Conseil d’État en mars 2010.