Нолан родился в Сан-Франциско, Калифорнии, сын Маргарет и Джеймса Нолана. Его отец занимался производством обуви, но Ллойд отказался заниматься семейным бизнесом. И в 1929 году Ллойд получил первую роль в музыкальном ревю на Бродвее. Он начал свою карьеру на подъеме и был впоследствии приглашен в Голливуд, где играл, главным образом, докторов, детективов и полицейских во многих фильмах.
Хотя много критиков приветствовали его работоспособность, и было вообще признано, что он никогда плохо не играл, Нолан снимался в основном в фильмах категории «Б». Но даже в этом случае он исполнял роль второго плана с такими актрисами как Мэй Вест, Дороти Макгуайр и с бывшей сопрано Метрополитен-оперы Глэдис Свартут.
В соответствии с контрактом с Парамаунт и студиями 20th Century Fox, он оценил главные роли в конце 30-ых и в начале к середине 40-ых и появился как свинцовый характер ряда детектива «Майкла Шэйна». Странно, первая экранизация романа Рэймонда Чандлера «Высокое Окно» была преобразована в 1942 от приключения Филипа Марлоу в часть ряда Майкла Шэйна, играющего главную роль Нолан как Шэйн. Фильм был переделан пять лет спустя как Более нахальный Дублон с Джорджем Монтгомери как «Marlowe».
Большинство фильмов Нолана включало легкое развлечение с акцентом на действие. Его самые известные фильмы включают: Атлантическое Приключение, исполняющая роль второго плана Нэнси Кэрол «Отлив» Велс Фарго «Каждый День Праздник», играя главную роль «Больше Запад», «Bataan» и «Дерево Растет в Бруклине» с Дороти Макгуайром и Джеймсом Данном. Он также дал отлично сыграл в фильме 1957 года Пейтон Плэйс с Ланой Турнер.
Впоследствии Нолан сыграл много основных и ключевых ролей в многочисленных фильмах. Одним из этих фильмов был Дом на 92-ой улице (1945), который необычайно поразил публику в 1945 году. Это было объединение нескольких реальных случаев неудачного саботажа нацистским режимом - случаи, которым ФБР смогло препятствовать во время Второй мировой войны - и много сцен были сняты в окрестностях Нью-Йорка, что являлось необычной редкостью в то время. Нолан играл агента ФБР Бриггса, и настоящие сотрудники ФБР взаимодействовали с Ноланом на протяжении всего фильма. Он сыграл эту роль вновь в фильме под названием Улица без названия (1948)
Последняя его роль в кино «Ханна и ее сестры» (1986) режиссера Вуди Алена.
Ллойд Нолан умер от рака легких 27 сентября 1985 года.