נולד בשם דאגלס אלטון תומאס אולמן (Douglas Elton Thomas Ullman) בדנוור, קולורדו שבארצות הברית, לחזקיה צ'ארלס אולמן ואלה אדלייד מארץ', ולו שני אחים למחצה (ג'ון פיירבנקס 'הבן) ו (נוריס וילקוקס), וגם אח (רוברט פיין אולמן). אביו, שנולד בפנסילבניה להורים ממוצא יהודי, היה עו"דניו יורקי שקנה חלקות כרייה בהרי הרוקי, ובעקבות כך עבר לגור עם משפחתו בדנוור. הוא נטש את משפחתו כאשר דאגלס היה בן חמש, ושני האחים גודלו בידי אימם, ששינתה את שם משפחתם לשם נישואיה הקודמים, פיירבנקס.
דאגלס החל לשחק עוד מגיל צעיר על בימות התיאטרון של דנוור, ועבר בין בתי ספר שונים לאחר מספר מעשי קונדסות שגרמו לסילוקו. בשנים הראשונות לתחילת המאה ה-20 עבר לניו יורק והצטרף ללימודי המשחק של השחקן השייקספירי פרדריק וורד (Frederick Barkham Warde), שגילה אותו מעל במות דנוור. הוא עבד בחנות לכלי בית וכפקיד במשרד בטרם פרץ בתפקידו הראשון בברודוויי בשנת 1902.
בין סרטיו הידועים של פיירבנקס נמנים "הסימן של זורו" (1920), "שלושת המוסקטרים" (1921), "רובין הוד" (1922), "הגנב מבגדאד" (1924), "הפיראט השחור" (1926) ו"מסיכת הברזל" (1929).