Oesterlé studierte ab 1973 an der École normale supérieure und ist Professor an der Universität Paris VI (Pierre et Marie Curie). Er war Direktor am Institut Henri Poincaré in Paris.
Oesterlé formulierte mit David Masser 1985 die abc-Vermutung, eines der wichtigsten ungelösten Probleme der Zahlentheorie. Er formulierte sie in der Folge von Untersuchungen über Kriterien für die Modularitätelliptischer Kurven.