Omar Sy nació el 20 de enero de 1978 en Trappes, Yvelines, Francia.

Comenzó su carrera, después de la escuela secundaria, en 1996 con Radio Nova como comediante, donde conoció al compañero de comedia Fred Testot. Después, apareció en el programa de televisión Le Cinéma de Jamel en Canal +, con Jamel Debbouze. Posteriormente, creó un programa de televisión llamado Le Visiophon, tras el éxito cosechado, Omar obtuvo más espacios en el medio.

En 2005, Service après-vente des émissions se adaptó en sketches breves de 2 o 3 minutos en Canal +, aunque rapidamente fue eliminado de la programación. Al año sieguiente apareció en el programa de televisión Fort Boyard.

Sy fue a Los Ángeles, donde prestó su voz a Zip en la versión francesa del videojuego Tomb Raider Legend. Previo a este trabajo, Sy ya había realizado doblaje, poniendo voz a una oveja en el Hermano Oso de Disney, y en 2009 a algunos de los personajes de Logorama, con su compañero Fred Testot.

En 2011, protagonizó Amigos, interpretando a un joven de la calle que se convierte en el asistente de cuidado personal de un cuadriplégico millonario (interpretado por François Cluzet). Esta película disfrutó de un gran éxito, con más de 19 millones de entradas vendidas. Encabezó la taquilla francesa en 2011 y se convirtió en la película francesa más vendida de todos los tiempos. Sy ganó el Premio César al Mejor Actor en 2012 por la misma película.

Su entrada al mundo de Hollywood la marco su papel como el Bishop, en X-Men: días del futuro pasado. Posteriormente, co-protagonizó Mundo Jurásico, la cuarta película de la saga de Parque Jurásico. En 2017, dio voz al personaje Hot Rod en la película Transformers 5: el último caballero.

El 5 de julio de 2007, despues de vivir juntos por 10 años, Sy se casó con Hélène, la madre de sus cinco hijos.