Der Sohn von Giacinto dell’Olio und Pasqua Augurano trat bereits 1856, im Alter von neun Jahren, in das Priesterseminar seiner Heimatstadt Bisceglie ein. Nach seiner Priesterweihe am 23. Dezember 1871 ging dell’Olio nach Rom, wo er weitere zwei Jahre Theologie studierte. Zu seinen Dozenten zählte der spätere Kardinal Tommaso Maria Zigliara.
Nachdem er 1876 zum Professor in Philosophie und Theologie berufen worden war, zog dell’Olio zurück nach Bisceglie, wo er ab 1882 als Priester an der dortigen Kathedrale wirkte. Im selben Jahr gründete er das nach Johannes Bosco benannte Priesterseminar Institut „Giovanni Bosco“.
Ab dem 21. März 1898 fungierte dell’Olio als Berater des Heiligen Vaters. Papst Leo XIII. nahm ihn im Konsistorium vom 15. April 1901 als Kardinalpriester mit der Titelkirche Santa Balbina ins Kardinalskollegium auf.
Donato dell’Olio starb, ohne je an einem Konklave teilgenommen zu haben, neun Monate nach seiner Erhebung zum Kardinal im Alter von 54 Jahren.
