Был единственным ребенком в семье князя Александра Ольденбургского и Евгении Максимилиановны, урождённой герцогини Лейхтенбергской. Его мать была внучкой императора Николая I, а отец — правнуком царя Павла I.
В 1901 году женился на дочери императора Александра III Великой Княгине Ольге Александровне. Брак этот был бездетным и неудачным. Супруги развелись в 1916 году.
В чине генерал-майора командовал полком стрелков Императорской Фамилии. После февраля 1917 года ушёл в отставку и поселился в своем имении в Воронежской губернии. С началом красного террора вместе с отцом и матерью бежал во Францию, где жил в Париже и на ферме под Байонной. В 1922 году женился на Ольге Владимировне Серебряковой (1878—1953), урожденной Ратьковой-Рожновой. Занимался литературой и под псевдонимом «Пётр Александров» опубликовал в Париже три рассказа из народного быта. Иван Бунин в эмиграции часто общался с принцем Ольденбургским и после его смерти от скоротечной чахотки в 1924 году написал о нём очерк.
Похоронен в крипте Михаило-Архангельской церкви в Каннах.