Oliver Dickhäuser arbeitet seit 2008 an der Universität Mannheim als Professor für Pädagogische Psychologie. Nach seinem Studium der Fächer Psychologie, Mathematik, Deutsch und Naturwissenschaft/Technik absolvierte er berufliche Stationen an der Universität Hildesheim, der Justus-Liebig-Universität Gießen und der Philipps-Universität Marburg. Er promovierte und habilitierte an der Justus-Liebig-Universität Gießen und erhielt dort 2004 die venia legendi für das Fach Psychologie. Danach arbeitete er als Professor für Psychologie an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, bevor er 2008 den Ruf auf den Lehrstuhl für Pädagogische Psychologie an der Universität Mannheim annahm. Es folgten Rufe an die TU Dortmund, zurück an die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und an die Universität Koblenz-Landau, die er ablehnte und in Mannheim verblieb.
Dickhäuser forscht schwerpunktmäßig zu motivationalen und kognitiven Merkmalen sowohl von Lernenden wie von Lehrenden in Bildungskontexten. Dazu gehören Studien zu Training und Förderung dieser Merkmale ebenso wie Arbeiten zu Qualitätssicherung im Bildungswesen. Seine Forschung mündete in über 100 Zeitschriftenartikel und zahlreiche Buchpublikationen. Sie wurde unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, dem Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung und dem Baden-Württembergischen Ministerium für Wissenschaft gefördert.
An der Universität Mannheim ist er Mitglied des Mannheimer Zentrums für Europäische Sozialforschung, dessen Kollegium er vorsitzt. Von 2014 bis 2016 war er Prodekan der Fakultät für Sozialwissenschaften der Universität Mannheim
Er ist Gründungsmitglied der Gesellschaft für Empirische Bildungsforschung, für die er unter anderem 2021 die Tagung Bildung und Corona ausrichtete. Für die Deutsche Gesellschaft für Psychologie hatte er verschiedene Funktionen inne, u.a. war er Sprecher der Fachgruppe Pädagogische Psychologie und Mitglied in der Jury für die Wilhelm-Wundt-Medaille und den Preis für Wissenschaftspublizistik. Dickhäuser übernimmt herausgeberische Funktionen für wichtige wissenschaftliche Fachzeitschriften, darunter das Journal of Educational Psychology, die Psychologische Rundschau und die Zeitschrift für Pädagogische Psychologie. Er ist verheiratet und Vater zweier Kinder.