Bayülgen henüz 6 yaşındayken, öz babası, Albay Hamid Bey'in oğlu, hukuk ve gazetecilik eğitimi almış Ümit Bayülgen ile annesi ressam Ayla Hanım boşandılar. Bayülgen'in büyükbabası avukat Hamdi Üge bir dönem, Atatürk'ün Kuran-ı Kerim'i Türkçe'ye tercüme ettirdiği Elmalılı Muhammed Hamdi Yazır'ın ailesinden, Rahime Hanım ile evliydi (büyükbabası toplamda beş evlilik yaptı).
1970 yılında annesi ve babası, ayrıldıklarını anlamaması için Bayülgen'i, yatılı olan İstanbul Göztepe'deki Taş Mektep'e yazdırdı. Babası Ümit Bey daha sonra, Okan'a şehir hatları vapurunda tanıştırdığı, avukat Doğudan Bayülgen ile ikinci evliliğini yaptı ve çiftin daha sonra Ozan ve Okşan adında iki çocukları oldu. Ayrıldıktan sonra Bodrum'a yerleşen ve burada resim yapmaya devam eden annesi Ayla Hanım ise bir süre sonra İsmet Görgün'le evlendi.
Annesi ve babasının ayrılmasından sonra büyükannesi ve büyükbabası ile yaşamaya başlayan Bayülgen, Göztepe'deki Taş Mektep'ten ayrılarak Şişli 19 Mayıs İlkokulu'na geçti ve buradan mezun oldu. Galatasaray Lisesi'nde öğrenimine devam etti ve okuldaki öğrenci kulüplerinden müzik, edebiyat, folklor gibi kollarda etkin oldu. Bir sene iftiharla geçtiğini, ertesi sene sınıfta kaldığını söyleyen Bayülgen, okuldaki son dönemlerinde Rasih Nuri İleri'nin bir akrabasına aşık olup da okula gitmeme durumu sorun olmaya başladığında, annesi Ayla Hanım onu yanına Bodrum'a çağırdı ve Galatasaray Lisesi'ndeki 6 yılından sonra Bodrum Lisesi'ne devam etti ve ardından da Şişli Lisesi'nden mezun olarak 1984'te lise eğitimini tamamladı.
Bunun ardından Bayülgen, fotoğraf eğitimi almak için Fransa'ya gitti. Tours Üniversitesi Hukuk ve Ekonomik Bilimler Fakültesi'nde hukuk okumaya başladı. Ardından fikir değiştirerek aynı üniversitenin ekonomi bölümüne geçti. Fransa'da tanıştığı antikacı bir kadınla antika mezatlarına katıldı, üniversitedeki fotoğraf ve tiyatro kulüplerinde çalıştı. Orada bir yıl okuduktan sonra ekonomi eğitimini de yarıda bırakarak Türkiye'ye döndü ve Mimar Sinan Üniversitesi Konservatuar Bölümü sınavlarında başarı göstererek buradaki eğitimine başladı. 1989 yılında mezun oldu ve aynı üniversitenin Sosyal Bilimler Fakültesi'nde mastır yaptı.
Devlet Tiyatroları'ndaki en genç yönetmen olarak 1989-1994 yılları arasında çeşitli oyunlar yönetti. Bazı oyunlarda da oynayan Okan Bayülgen, 1991'de Kent FM'de Son Saatler adlı bir programla radyoculuğa başladı. Bu sıralarda Genç Indiana Jones dizisinin Türkiye'de çekilen bölümünde rol aldı. 1993 yılı sonunda Trabzon Devlet Tiyatrosu'na tayini çıktı. Rejisi kendisine verilen bir oyun yönetim tarafından kaldırılınca 1994 yılında Devlet Tiyatrosu'ndan istifa ederek şansını radyo ve televizyon alanında kullanmaya karar verdi. Radyolarda haber spikerliği ve programcılık yapmaya başladı. Televizyona geçtikten sonra da radyoda işler yapmaya devam etti. 1995'te Radyo Contact'ta çalışmaya başladı. 1997'de Kiss FM'de Okan Bayülgen On Air programını sundu. Özellikle 1998 ve 1999 yılında drive time'da yayınlanan Radyo D'deki Hayat Bilgisi programı ile dikkatleri çekti. En son 2001 yılında Radio Contact'ta, yine akşamın sıkışık trafik saatlerindeki Yol programı ile karşımıza çıktı.
Okan Bayülgen televizyon hayatına Satel TV'de klipler sunarak başladı ve ATV ekranlarında gece yarısında yayına başlayan Gece Kuşu adlı programı ile tanındı. Gece Kuşu'nun ardından late night show tarzını 100 gece boyunca Televizyon Çocuğu ile devam ettirdi. 2 yıl kadar ekranlardan uzak kalan Bayülgen, bu aradan sonra Kanal D'de yayınlanan Zaga ile geri döndü. Sürekli değişen ekipler, skeçler, jenerikler, dekor, orkestra ve farklı program anlayışı, canlı telefon bağlantıları, içinde barındırdığı beklenmedik tuhaflıkları ve Medya Arkası ile kısa bir dönemin haricinde Cumartesi geceleri yayınlanan Zaga, Türk televizyon hayatındaki uzun soluklu, yeni bir anlayışın ürünü ve özgün bir program olarak kendine çekirdek bir izleyici kitlesi oluşturdu.
2004'de Herkes Bunu Konuşuyor ile karşımıza çıkan Bayülgen, eğlenceli olan ama eğlence programı olmayan bu denemesinde; akademi, bilim, müzik, popüler kültür, medya dünyasından ve çeşitli sanat dallarından çok yönlü konuklarla birlikte,kalite, eğlence ve izlenebilirliğin bir arada sunulduğu alternatif bir yayıncılık örneği sundu. 2005 yayın döneminde Televizyon Makinası ile izleyiciyle buluştuğunda, her zaman kendisi kadar ekibini de ön plana çıkaran Bayülgen bu sefer Hakkı Devrim ile beraberdi.
Okan Bayülgen, magazin ve basın üzerine takındığı eleştirel tavrıyla televizyon dünyasında gerçek devrimler yapmış, birçok tabu yıkmış, taklit etmeden yeni ve özgün çalışmalar yapmış bir isimdir. Zaman içinde programcılık anlayışında ve tarzında belirgin değişimler göstermekle beraber, bir şekilde kendi çizgisini yaratıp koruyabilen Bayülgen bir röportajında "Kendinizi nasıl tanımlarsınız?" sorusuna şu cevabı vermişti:
" Salak, aptal... Herkes kendine o sözleri kullanır zaten. Mesela kendi kendine uyanıp, ne yakışıklıyım diyen adamın herhalde kafadan bir problemi vardır. Genelde kendi kendimize kullandığımız sözler, ne salakmışım, ne aptalmışım, keşke öyle yapmasaydım. Kendi kendime kullandığım kelimeler salak ve aptaldır..."
Sinema oyunculuğuna, Mustafa Altıoklar'ın yönetmenliğini yaptığı 1996 yapımı İstanbul Kanatlarımın Altında filmi ile başlayan Okan Bayülgen, canlandırdığı Salih karakteriyle Sadri Alışık En İyi Erkek Oyuncu Ödülü aldığı 1997 yapımı Ağır Roman, 1999 yapımı Romantik, 2000 yapımı Oyun Bozan, 2001 yapımı Hemşo ve Komiser Şekspir, 2002 yapımı Sır Çocukları ve Gülüm adlı sinema filmlerinde; ayrıca Utanmaz Adam ve Size Baba Diyebilir Miyim? adlı TV dizilerinde rol aldı.
Okan Bayülgen etkileyici ses tonu, etkin vurgulamaları ve düzgün Türkçe'siyle aranan seslendirme sanatçılarından biri oldu ve bugüne kadar çeşitli yabancı animasyonlar ve filmlerin (Shrek serisi, Garfield, ...) Türkçe dublajında bulundu. Uzun dönemdir reklam ve kampanya filmi seslendirmeleri yapan Bayülgen, National Geographic dergisi tarafından En İyi Sualtı Kitabı seçilen ve çeşitli ödüller alan Alptekin Baloğlu'nun çektiği fotoğrafların da yer aldığı Sualtından Yansımalar DVD'sinin Türkçe seslendirmesini de yaptı.
Bir kaç sene önce kendisine doğum gününde hediye edilen bir Leica M6 ile başladığını söylediği fotoğraf merakını, bugüne dek çeşitli firmalar için katalog ve moda çekimleri yaparak profesyonelleştirdi. Bayülgen'in, 2006 Mayıs ayında Dolmabahçe Sarayı Sanat Galerisi'nde, Zekai Demir ile beraber yaptıkları Madagaskar gezisinden fotoğrafların yer aldığı Baobab Yolu isimli sergisi açıldı ve bu analog çekimlerden oluşan fotoğrafların bulunduğu bir kitabı da yayımlandı.
İlk evliliğini çok genç yaşta ve ilk eşiyle tanışmalarından sadece 13 gün sonra yapan Bayülgen, kısa süren bu ilişkisinden sonra iki kez daha nikah masasına oturdu. Gaye ismindeki ikinci eşi ile olan evliliği de uzun sürmeyen Okan Bayülgen üçüncü evliliğini ise oyuncu Zeyno Günenç ile yaptı ancak çift boşandı.
