Küçük yaşlarda bilim insanı olmayı hedefleyen Sinanoğlu, Ankara’da TED Yenişehir Lisesi’nden birincilikle mezun oldu. Türk Eğitim Derneği’nin bursuyla ABD’ye giderek 1956’da California Üniversitesi Berkeley’den birincilikle Kimya Mühendisliği diploması aldı. 1957’de Massachusetts Institute of Technology (MIT)’den de yüksek kimya mühendisi unvanıyla mezun oldu.
1959’da Berkeley’de “Kuramsal Kimya” doktorasını iki yılda tamamladı. Araştırmalarını ABD Atom Enerjisi Merkezi’nde yürüttü. 1961’de Harvard ve Yale Üniversitelerinde dersler vermeye başladı ve 26 yaşında profesör oldu. 1963’te “dünyanın en genç profesörü” unvanını kazandı ve New York Times’ta “28 yaşında Yale’in en genç kimyacısı” başlığıyla yer aldı.
1973’te Almanya’nın saygın “Aleksander Von Humboldt Bilim Ödülü”nü kazanan ilk kişi oldu. 1975’te Japonya Uluslararası Sekin Bilim Ödülü’nü aldı. Aynı yıl özel kanunla kendisine “Türkiye Cumhuriyeti Profesörü” unvanı verildi. TÜBİTAK Bilim Ödülü, Sedat Simavi Ödülü, İLESAM Üstün Hizmet Ödülü gibi pek çok ödüle layık görüldü. 2005’te Yıldız Teknik Üniversitesi öğrencilerince “Yılın Yıldızları – En Beğenilen Bilim Adamı” seçildi.
Kuantum fiziği, kuramsal kimya, moleküler biyoloji ve matematik alanlarında yüzlerce teorem geliştirdi. İki kez Nobel Kimya Ödülü’ne aday gösterildi. DNA şifrelerinin çözülmesine katkı sağladı, “bilinmeyen türden canlılar yaratmanın teorisini” ortaya koydu.
1980’lerden itibaren Türkçe ve eğitim meselelerine odaklanan Sinanoğlu, “Türkçe giderse Türkiye gider” düşüncesiyle yabancı dille eğitime karşı çıktı. “Bye Bye Türkçe”, “Göçmen Hamamı”, “Hedef Türkiye” gibi eserlerinde bu görüşlerini dile getirdi.
Opera sanatçısı Esin Afşar’ın ağabeyi olan Oktay Sinanoğlu, 19 Nisan 2015’te ABD’nin Miami kentinde tedavi gördüğü hastanede solunum yetmezliği nedeniyle vefat etti. Naaşı Türkiye’ye getirilerek İstanbul Karacaahmet Mezarlığı’na defnedildi.
Türk bilim dünyasının “Türk Einstein” olarak anılan Oktay Sinanoğlu, hem akademik başarıları hem de Türkçe ve milli kültür için verdiği mücadelesiyle hafızalarda yerini aldı.