Professeur agrégé de philosophie en 2004, Olivier Gerstlé est ensuite chargé d'étude sociologique au département analyse médias et opinions du service d'information du gouvernement.
En septembre 2010, il devient chargé de mission auprès du directeur général des services de la communauté urbaine de Bordeaux, en charge du projet métropolitain, puis chargé de mission au pôle parlementaire et études de la présidence de la République le 10 octobre 2014.
En octobre 2016, Olivier Gerstlé devient conseiller adjoint en charge de la prospective au cabinet du Président de la République pendant moins d’un an avant d’être nommé directeur de cabinet du secrétaire d'Etat auprès du Premier ministre, porte-parole du gouvernement en juin 2017.
Conseiller en charge de la communication, responsable du pôle communication au cabinet du ministre de l’Intérieur en octobre 2018, il est nommé sous-préfet, secrétaire général adjoint de la préfecture de Seine-et-Marne en août 2022 avant de devenir sous-préfet, directeur de cabinet du préfet de la région Bourgogne-Franche-Comté, préfet de la Côte-d'Or depuis le 16 août dernier.