Babasının (Nüzhet Haşim Sinanoğlu) Türkiye Başkonsolosluğunda görev yapmakta olduğu Bari'de doğdu. 1939 yılında İtalya'da II. Dünya Savaşı'nın başlamasının ardından ailesiyle Türkiye'ye döndü.
Oktay Sinanoğlu, sonradan
TED Koleji olan Ankara Yenişehir Lisesi'ne burslu öğrenci olarak girdi ve 1953 yılında bu okulu birincilikle bitirdi. Okulun bursuyla
Kimya Mühendisliği okumak üzere ABD'ye gitti. 1956'da ABD
Kaliforniya Üniversitesi Berkeley
Kimya Mühendisliği'ni birincilikle bitirdi.
1957'de
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nü sekiz ayda bitirerek yüksek kimya mühendisi oldu. "Alfred Sloan" ödülünü aldı. 1959'da Kaliforniya Üniversitesi Berkeley'de kuramsal kimya doktorasını tamamladı. 1960'ta
Yale Üniversitesi'nde öğretim üyesi (asistan profesör) oldu.
1960-1961 yıllarında atom ve moleküllerin çok-elektronlu kuramı ile "Doçent" oldu. 1963'te 50 yıldır çözülemeyen bir matematik kuramını bilim dünyasına kazandırarak 28 yaşında "tam profesör" unvanını aldı. 20. yüzyılda Yale Üniversitesi'nde bu sanı kazanan en genç öğretim üyesidir[SUP]
[1][/SUP].