Oldsmobile fut fondée le 21 août 1897 par Ransom Eli Olds et basé à Detroit. Il s'associe avec un magnat du cuivre et du bois nommé Samuel L. Smith en 1899, d'abord nommée Olds Motor Vehicle Company l'entreprise est rebaptisé Olds Motor Works.

 La nouvelle société est transférée de Detroit à Lansing, au Michigan. Smith est devenu président, et Olds occupe les deux postes de Vice Président et Directeur Général. l'entreprise présenta son premier modèle, la Curved Dash, en 1901, puis devint la première marque automobile des États-Unis en termes de ventes avant d'être rachetée par General Motors en 1908. En 1910 sortit la Limited Touring, une berline luxueuse qui ne fut produite que durant 3 ans et vendue à 725 exemplaires. Oldsmobile continua à se développer et devint en 1937 un pionnier de la transmission en présentant la boite automatique à 4 vitesses ("Automatic Safety Transmission") avant de devenir au début des années 1940 le premier constructeur automobile à proposer une transmission totalement automatique nommée Hydramatic.

En 1949, la firme fit une nouvelle fois figure de pionnière en présentant un moteur puissant et moderne: le "Oldsmobile V8 Engine", également appelé "Rocket Engine" et produit jusqu'en 1990 en subissant quelques modifications.

Dans les années 1960, l'image et la position d'Oldsmobile au sein du groupe General Motors commencèrent à se dégrader. En 1964 furent présentés le break Vista Cruiser et la "muscle-car" Oldsmobile 442 et 1966 vit l'apparition du coupé Toronado. Au cours des années 1970, Oldsmobile ne cessa de connaître un certain succès : en 1976, la Cutlass devint la voiture la plus vendue d'Amérique du Nord et Oldsmobile devint 3^e au hit-parade des ventes d'automobiles derrière Chevrolet et Ford. Après de nouveaux succès dans les années 1980, Oldsmobile connut une grande régression au début des années 1990 : les ventes s'effondrèrent; les innovations technologiques de GM ne profitèrent plus à la marque; la gamme ne compta bientôt plus que des modèles Chevrolet et Pontiac rebadgés et renommés.

Au début des années 2000, la marque n'est plus que l'ombre d'elle-même, et malgré un programme de 3 milliards de dollars investis dans ses nouveaux modèles Alero et Aurora, les ventes connurent une baisse conséquente. En 2001, GM décide d'abandonner la marque Oldsmobile afin de se recentrer sur Buick et Pontiac.

La dernière voiture produite par la marque, une Oldsmobile Alero, sortit des chaînes le 29 avril 2004.