Olivier La Marle travaille au CNES (Centre national d'études spatiales) depuis 2001. Depuis 2019, au sein de la Direction de la Stratégie, il est responsable du programme Sciences de l’Univers, et délégué français au Science Program Committee de l’ESA. De 1996 à 2008, il a travaillé comme ingénieur pour divers projets spatiaux et non-spatiaux, dans le privé puis au CNES. Entre 2008 et 2019, il a été expert thématique astronomie-astrophysique au CNES, avec notamment les missions Gaia, James Webb Space Telescope, Euclid, SVOM et Athena.
