נולאן למד ספרות אנגלית באוניברסיטת לונדון והחל ליצור סרטי 16 מילימטר. סרטו הקצר "Larceny" הוקרן בפסטיבל הסרטים של קיימברידג' ב-1996. לאחר שסיים את לימודי התואר הראשון שלו בספרות אנגלית ב -1993 עבד נולאן כקורא תסריטים, צלם ומנהל סרטים ארגוניים וסרטים תעשייתיים. במהלך תקופה זו בקריירה שלו, נולאן לא זכה להצלחה מרובה בניסיונות להניע פרויקטים אישיים; הוא תיאר את התקופה כ"ערימה של מכתבי דחייה".
קריירה.
בשנת 1998 יצא לאקרנים סרט הביכורים של נולאן "מעקבים", שאותו מימן אישית וצילם עם חברים. הסרט מספר את סיפורו של סופר צעיר ומובטל (ג'רמי תיאובאלד), אשר עוקב אחר זרים ברחובות לונדון, בתקווה שיספקו עבורו חומר לרומן הראשון שלו, אבל לאט לאט הוא נמשך אל עולם הפשע. את הרעיון לסרט קיבל נולאן מחוויה אישית, כאשר פרצו לביתו שלו בלונדון: "יש קשר מעניין בין זר המסתכל בחפצים שלך לבין הרעיון של מעקב אחר אנשים באקראי דרך קהל - זה לוקח אותך אל מעבר לגבולות הרגילים של יחסים חברתיים ". הסרט נעשה בתקציב צנוע של 3,000 ליש"ט, אשר מומן מכספו האישי של נולאן, וצולם בסופי שבוע למשך כשנה.
כתוצאה מההצלחה של 'מעקבים', קיבל נולאן את ההזדמנות לעשות את פריצת הדרך שלו עם "ממנטו". במהלך טיול משיקגו ללוס אנג'לס, אחיו ג'ונתן שיתף איתו רעיון שהיה לו לסיפור קצר, בשם "ממנטו מורי", על אדם עם אמנזיה אנטרוגרדית המחפש אחר רוצח אשתו. נולאן פיתח תסריט עם מבנה שפורש את הסיפור בצורה הפוכה ליניארית. אהרון ריידר, מנהל של ניומרקט פילמס, אמר שזה "אולי התסריט החדשני ביותר שראיתי אי פעם". הסרט קיבל תקציב של 4.5 מיליון דולר. ממנטו, בכיכובם של גאי פירס וקארי-אן מוס, הופיע לראשונה בספטמבר 2000 בפסטיבל הסרטים הבינלאומי בוונציה וזכה לשבחים. בסיל סמית, בספר הפילוסופיה על ז'אנר הנאו-נואר, מצייר השוואה ל"מסה על שכל האדם" של ג'ון לוק, הטוען כי זיכרונות מודעים מהווים את הזהויות שלנו, נושא שנולאן בוחן בסרט. הסרט זכה להצלחה בקופות וקיבל מספר פרסים, ביניהם פרס האקדמיה ופרס גלובוס הזהב עבור התסריט שלו, פרסי הרוח העצמאית לבמאי הטוב והתסריט הטוב ביותר, ופרס גילדת הבמאים של אמריקה (DGA).
שנה לאחר מכן ביים את "אינסומניה", בכיכובם של אל פצ'ינו ורובין ויליאמס. לאחר אינסומניה, נולאן תכנן סרט ביוגרפי של הווארד יוז בכיכובו של ג'ים קארי. הוא כתב תסריט, עליו אמר שהוא "התסריט הטוב ביותר שכתבתי אי פעם", אבל כאשר נודע לו כי מרטין סקורסזה עושה את הטייס (2004), הוא וויתר על התסריט ועבר לפרויקטים אחרים. הוא קיבל הצעה לביים את "טרויה" (2004), אך סירב.
בשנת 2005 ביים את הסרט "באטמן מתחיל" (בכיכובו של כריסטיאן בייל), המהווה אתחול לסדרת סרטי "באטמן" המבוססים על גיבור הקומיקס הנלחם בפשע בעודו עוטה חליפת עטלף עם שלל פטנטים ואמצעי לחימה. הסרט זכה לביקורות משבחות ובעקבותיו יצא לאקרנים בקיץ 2008 הסרט השני בסדרת באטמן המחודשת, שנקרא "האביר האפל", בכיכובם של כריסטיאן בייל והית' לדג'ר. הסרט זכה להצלחה קופתית, הכניס יותר מ-1.004 מיליארד דולר וזכה בשני פרסי אוסקר מתוך שמונה מועמדויות. נולאן הקדיש סרט זה לזכרו של הית' לדג'ר, אשר גילם בסרט את "הג'וקר" ונפטר בינואר 2008, חצי שנה טרם יציאת הסרט לאקרנים. ב-2012 יצא הפרק החותם של הטרילוגיה, "עלייתו של האביר האפל", (בכיכובם של כריסטיאן בייל, אן האת'וויי וטום הארדי) וגם זה היה שובר קופות. על הבימוי וכתיבת התסריט (ביחד עם אחיו ג'ונתן נולאן והתסריטאי דייוויד ס. גויר) לסרטי באטמן החדשים, שזכו לשם טרילוגיית האביר האפל, זכה נולאן לשבחים רבים, בייחוד על האופי הרציני והאפל של הסרטים. "האביר האפל" זכה לביקורות מהללות והפך לאחד משוברי הקופות הגדולים אי-פעם. הסרט "עלייתו של האביר האפל" הפך גם הוא לשובר קופות שהכניס אף יותר מ"האביר האפל" (שניהם הכניסו מעל מיליארד דולר כל אחד).
ב-2006 ביים את סרט המסתורין "יוקרה", על פי ספרו של סופר המדע הבדיוני הבריטי כריסטופר פריסט (שבו כיכב כריסטיאן בייל).
בקיץ 2010 יצא סרטו "התחלה". הסרט הוא מותחן פסיכולוגי בדיוני, המדבר על כוח החשיבה, הלא מודע ועולם החלומות ומככבים בו השחקנים לאונרדו דיקפריו, ג'וזף גורדון-לוויט, אליוט פייג', טום הארדי, מריון קוטיאר, קן ואטאנבה, קיליאן מרפי ומייקל קיין. נולאן בילה 10 שנים בכתיבת התסריט. גם הסרט הזה זכה להצלחה ענקית והתקרב למיליארד דולר הכנסות.
בנובמבר 2014 יצא סרטו "בין כוכבים" - סרט מדע בדיוני המתבסס על תורת היחסות הכללית. הסרט הכניס למעלה מ-671 מיליון דולר בקופות. ב-21 ביולי 2017 יצא לאקרנים סרטו דנקרק העוסק בפינוי כוחות בעלות הברית מדנקרק בתחילת מלחמת העולם השנייה.
בסוף 2020, לאחר דחייה של כחצי שנה בשל מגפת הקורונה, יצא סרטו טנט העוסק בנושא היפוך זמן ונשען על כמה תיאוריות מדעיות. הסרט הכניס 360 מיליון דולר בקופות וזכה בפרס אוסקר לאפקטים הטובים ביותר. באותה שנה נודע כי סרטו הבא יעסוק ברוברט אופנהיימר ובנשק גרעיני ויתבסס על הספר "".
סגנון קולנועי.
נולאן תיאר את תהליך הכתיבה שלו כשילוב של אינטואיציה וגאומטריה. "אני מצייר הרבה דיאגרמות כשאני עובד. אני חושב הרבה על תחריטים של אשר, למשל, זה משחרר אותי, אני מנסה למצוא מודל מתמטי או מודל מדעי שידגים את הקצב הנכון".
עבודתו של נולאן בוחנת נושאים קיומיים, אתיים ואפיסטמולוגיים כגון חוויה סובייקטיבית, עיוות זיכרון, מוסר אנושי, טבע הזמן, סיבתיות ובניית זהות אישית. "אני מוקסם מהתפיסה הסובייקטיבית שלנו את המציאות, כולם תקועים בנקודת מבט ייחודית מאוד, פרספקטיבה ייחודית על מה שכולנו מסכימים להיות מציאות אובייקטיבית, והסרטים הם אחת הדרכים שבהן אנו מנסים לראות דברים מנקודת מבט זהה". מבקר הקולנוע, טום שון, תיאר את יצירתו של נולאן כ"מותחנים אפיסטמולוגיים, אשר התשוקה של הגיבורים הוא לתשובות סופיות, בעל כורחם הם נאלצים לנהל משא ומתן עם מציאות חידתית שבה האמת תמיד מחוץ להישג ידם". במאמר שכותרתו "הפלאים הרציונליים של כריסטופר נולאן" מייק ד'אנג'לו טוען כי הקולנוען הוא מטריאליסט המוקדש לחקר פלאי העולם הטבעי. "כמעט כל סרט שהוא עשה אי-פעם, ולא משנה עד כמה הוא דמיוני, ניכרת האמונה שאפשר להסביר את היקום כולו על ידי תהליכים פיזיים".
לעיתים קרובות הדמויות שלו מוטרדות רגשית, אובססיביות, ומעורערות מבחינה מוסרית. הם מתמודדים מול פחדים וחרדות של בדידות, אשמה, קנאה וזכרונות לא נעימים. על ידי הטלת הפחדים והתקוות בחוויה היומיומית שלנו אל מציאות חלופית, נולאן הופך אותם לנגישים יותר לקהל אוניברסלי. גיבורי סרטיו של נולאן מונעים לעיתים קרובות על ידי אמונות פילוסופיות, וגורלם מעורפל. בכמה מסרטיו, הגיבור והאנטגוניסט הם דימויי מראות זה של זה, נקודה ששניהם מודעים אליה. באמצעות ההתנגשות של האידאולוגיות, נולאן מדגיש את הטבע האמביוולנטי של האמת. גם שאלות אונטולוגיות הנוגעות לטבע הקיום והמציאות ממלאות תפקיד מרכזי בגופו. המבקר אלק פרייס ציין כי משבר קיומי של דמויותיו "הנאבקים עם האופי החלקלק של הזהות" הוא נושא נפוץ בסרטיו של נולאן. העולם האמיתי (או האובייקטיבי) הוא בעל חשיבות פחותה מהאופן שבו אנו סופגים וזוכרים, וזו המציאות שנוצרה (או הסובייקטיבית) היא החשובה באמת. "זה רק במוח ובלב שבו כל תחושה של קביעות או שיווי משקל ניתן למצוא אי פעם."
נולאן אוהב למשוך תשומת לב לטבעו המניפולטיבי של המדיום הקולנועי. הוא משתמש בטכניקות נרטיביות וסגנוניות כדי להכריח את הצופה לשאול את עצמו מדוע סרטיו מורכבים בדרכים כאלה ומדוע הם מעוררים תגובות מסוימות. הוא משתמש בעריכה כדרך לייצג את המצב הפסיכולוגי של הדמויות, למזג את הסובייקטיביות שלהם עם זאת של הקהל. לדוגמה, ב"ממנטו", סדר הסצנות הוא הפוך מבחינה ליניארית, כדי להציב את הקהל באותו מצב תודעה של לאונרד, שאינו מסוגל ליצור זכרונות חדשים. ב"יוקרה", עלילה מרובה בטריקים וקסמים הנוגעים בנושאים של דואליות והונאה משקפים את המבנה הנראטיבי של הסרט, בכך יוצר אנלוגיה של סרט קולנוע כקסם האולטימטיבי.
ב"דנקרק", נולאן בנה את שלושת צירי הזמן השונים כדי לחקות את השפרד טון באופן כזה שהוא "מספק תחושה מתמשכת של אינטנסיביות, שרק עולה ועולה". בשנת 2017 התאורטיקן וההיסטוריון דוד בורדוול כתב על האובססיה של נולאן בנסיונותיו למצוא גשר בין הסובייקטיביות של הדמות אל האובייקטיביות של המצלמה: "מסרט לסרט הוא מוצא אפשרויות חדשניות במה שרוב היוצרים מטפלים בהם באופן שגרתי. הוא במאי מאוד מהורהר, כמעט תאורטיקאי, בעקשנותו להפוך מוסכמות מסוימות לכאן ולכאן, כדי לחשוף את האפשרויות הבלתי צפויות שלהן".
על הגישה שלו לנארטיב קולנועי, נולאן אמר, "אני תמיד מוצא את עצמי שואף לאנלוגיה של מבוך. תחשבו על פילם נואר ואם אתם מדמיינים את הסיפור כמבוך, אתם לא רוצים להיות תלויים מעל המבוך, צופים בדמויות עושות את הבחירות הלא נכונות, כי זה מתסכל. אתם באמת רוצים להיות איתם במבוך, לבצע את הפניות שהם מבצעים, זה הרבה יותר מלהיב. אני די אוהב להיות בתוך המבוך."
קונספט הזמן.