Fils de l'auteur-compositeur-interprète Jean Schultheis[1], il est élève du Conservatoire national supérieur de musique de Paris. Il apprend le piano et la guitare basse et suit les classes d’écriture (premier prix d'harmonie, premier prix premier nommé de contrepoint, premier prix de fugue).
Sa première composition est Donne-moi le temps de Jenifer en 2002, qu'il signe avec le pseudonyme « So »[3]. Il découvre Christophe Maé[4] à Saint-Tropez, devient son producteur et compose avec Jean-Pierre Pilot son premier album.
Olivier Schultheis a monté et dirigé le versant musical de l’émission Nouvelle Star sur M6, de la date de sa création en 2002 jusqu'en 2010. Le télé-crochet a révélé des artistes comme Christophe Willem (pour lequel il co-compose les musiques des chansons Jacques a dit et Double je), Julien Doré ou Amel Bent. Il est notamment à l'origine de l'arrangement de la chanson Moi... Lolita interprété par Julien Doré qui est devenue culte lors de l'émission.
En 2014, avec le photographe Patrick Demarchelier, il participe à la campagne Chanel pour la montre J12 en écrivant la musique sur les images de ce grand photographe. Il goûte également à la musique de cinéma en 2003, en tant que directeur d'orchestre aux côtés de Éric Serra pour Le Gardien du manuscrit sacré ou comme compositeur en 2007 aux côtés de Michel Boujenah pour Trois amis.
En 2017, Olivier a écrit l'arrangement de cordes de la chanson Under Water du chanteur Mika et l'a dirigé sur scène lors de son unique concert à Bercy.
En 2019, Olivier est Directeur Musical des 9 représentations des concerts de Mylène Farmer, et notamment sur ce même spectacle compositeur du Hard Hip-Hop (instrucmental).
En 2020, Olivier est Directeur Musical de l’émission télévisé The Voice sur TF1[8], il accompagne au piano les coaches qui ont interprété Imagine de John Lennon durant la finale.
En 2023, il assure la direction musicale de la tournée de Mylène Farmer, Nevermore 2023.
Chapitre biographique consacré à Olivier Schultheis dans le livre de Serge Elhaïk Les arrangeurs de la chanson française: 200 rencontres[9], ouvrage consacré aux chefs d’orchestre-arrangeurs et/ou compositeurs de la chanson française.