Mads Ousdal er utdannet ved Statens teaterhøgskole (1993–1996), og siden 2000 har han vært ansatt ved Nationaltheatret. I perioden 2004–2006 var han del av den kunstneriske ledelsen ved Torshovteatret. Han er sønn av skuespiller Sverre Anker Ousdal og ballettdanseren Bodil Ousdal.

Som barneskuespiller var han med i TV-serien Vill, Villere, Villaveien i 1985, som et barn i «Badefamilien».

Ousdal har spilt rollen som Finn Jerven i alle Radioteaterets hørespill om Knut Gribb. I 2002 spilte han Simon Templar i hørespillet Helgenen leker med ilden.

I 2009 vant Ousdal Heddaprisen for beste mannlige hovedrolle for rollen som Ivan i Brødrene Karamasov på Nationaltheatret.