Après un baccalauréat scientifique obtenu en 1975, un cursus à la Faculté de Médecine de Marseille (Doctorat en1982) et en parallèle à la Faculté des Sciences de Marseille - Luminy (Doctorat en 1986), avec une activité hospitalière de 1982 à 1989 en médecine générale et rhumatologie, Olivier Dutour est recruté au CNRS en 1989 comme chargé de recherche.

Titulaire de l'HDR en 1992, il est nommé Professeur à la Faculté de Médecine de Marseille, en charge de l'enseignement des sciences humaines et sociales en 1994. Il est Visiting Professor puis Full Professor status only au département d'anthropologie de l'Université de Toronto de 2007 à 2009.

Il est élu Directeur d’Études en 3ème section fin 2010, prenant la direction du laboratoire d'anthropologie biologique de la section SVT, dit Laboratoire Broca de 2011 à 2017 (date de la suppression des laboratoires SVT).

Il développe ses recherches en anthropologie biologique, paléopathologie et paléoépidémiologie, principalement axées sur l'évolution, l'histoire et l’archéologie des maladies et plus particulièrement sur la question des infections humaines dans les sociétés anciennes. Cette approche pluri-disciplinaire touche à l'anthropologie épidémiologique, à l'écologie de la santé, à la médecine darwinienne et à l'histoire de la médecine et des maladies.

Il travaille sur l'histoire évolutive de pathogènes comme ceux de la peste, de la tuberculose, de la lèpre, de la syphilis, du typhus, de la variole. Il a également mené des recherches en collaboration franco-russe sur l'anthropologie et l'archéologie de la retraite de Russie en décembre 1812.

Il s'intéresse également à l'histoire de sa discipline, l'anthropologie biologique, à travers la valorisation du fonds d'archives du laboratoire d'anthropologie de l'EPHE fondé par Paul Broca en 1868.