1884 starb der Vater Oskar Molls und die Familie zog nach Berlin. Ein Jahr später erkrankte er das erste Mal an schweren Nierenkoliken, die ihn mehrfach heimsuchten bis ihm 1890 eine Niere entfernt wurde. Auf Grund dieser Krankheit war ihm ein kontinuierlicher Schulbesuch nicht möglich. 1891 wurde er daraufhin zu Pastor „Menzel“, einem Freund der Familie, nach Breslau geschickt, mit dem er die verpasste Schulzeit aufarbeitete. 1892 machte er schließlich seinen Schulabschluss. Im Anschluss reiste er nach Lausanne, wo er begann sich autodidaktisch mit der Malerei auseinander zu setzen. Das erste Gemälde entstand: „Die Fuchsfamilie“.
1893 studierte er für drei Jahre Biologie an den Universitäten in Hannover, Genf und Basel. 1896 brach er dieses Studium ab, um sich ganz der Malerei widmen zu können. Ein Jahr später kehrte er nach Berlin zurück, wo er sich erstmals an Kollektivausstellungen beteiligte.
1898 begab er sich auf eine Jahresreise, unter anderem durch Ägypten, Algerien, Tunesien, England Irland und Russland. Während dieser Reisezeit machte er einen Stopp in der Malerkolonie Nidden, die Mitte des 19. Jahrhunderts mit den Besuchen der Maler Heinrich Krüger, Ernst Bischoff-Culm (1870-1917) und Eduard Anderson (1873-1947) im Gasthof von Hermann Blode ihren Ausgangspunkt hatte.
Nach seiner Rückkehr von der langen Reise stellte er das erste Mal im Königsberger Kunstverein aus, dem ältesten Kunstverein Deutschlands, den er bis 1927 regelmäßig beschickte. Ebenso die Ausstellungen der Berliner Secession wurden für ihn zu einer regelmäßigen Ausstellungsmöglichkeit.
1900-03 hospitierte er bei Lovis Corinth (1858-1925), der ihn, neben Ulrich Hübner (1872-1932), dazu inspirierte von der Atelier- zur Freilichtmalerei überzugehen. Anschließend hielt er sich in Wildenroth bei Grafrath in Bayern auf, wo er auf Schloss Höhenroth lebte und die Farbenherstellung seines Freundes Fritz Berendt (1863-1946) unterstützte. Dieser stellte neben seiner Malerei lichtbeständige Farben her, die sich vor allem für die Freilichtmalerei eigneten.
1904 waren seine Werke das erste Mal in der Galerie von Paul Cassirer in Berlin zu sehen.
1906 wurde zu einem einschneidenden Jahr für Moll. Er heiratete seine ehemalige Schülerin Margarethe Haeffner, später Marg Moll, (1884-1977). Im Folgejahr wanderte das Ehepaar nach Frankreich aus und bezog in Paris eine Wohnung. Hans Purrmann (1880-1966) machte sie im Atelier von Lyonel Feininger (1871-1956) in Anwesenheit von Rudolf Großmann (1882-1941) und Rudolf Levy (1875-1944) mit dem Künstlerkreis des Café du Dôme bekannt. Schnell fassten sie in diesem Fuß und gemeinsam mit Purrmann und seiner zukünftigen Frau Mathilde Vollmoeller (1876-1943), sowie Sarah Stein (1870-1953) gründeten sie die „Académie Matisse“, an der Henri Matisse (1869-1954) selbst bis 1911 etwa 100 Schülerinnen unterrichtete. Sie befreundeten sich recht schnell und Oskar Moll begann Werke von Matisse zu erwerben. Er sollte eine der größten Privatsammlungen des Künstlers besitzen.
Noch im gleichen Jahr kehrten die Molls nach Deutschland zurück.
Wie viele andere Künstler trat er 1913 aus Protest über die Juryentscheidungen bei Ausstellungen aus der Berliner Secession aus, um 1914 der Freien Secession Berlin beizutreten.
Neben Wilhelm Trübner (1851-1917), Willy Jaeckel (1888-1944) und Max Pechstein (1881-1955) stellte er im Kunstsalon Gurlitt aus. Eine weitere wichtige Ausstellung bestückte er 1918 in der Galerie Ferdinand Möller in Berlin, bei der auch Werke von Max Beckmann (1884-1950), Max Liebermann (1847-1935) und Max Slevogt (1868-1932) zu sehen waren. Im gleichen Jahr wurde er an die Hochschule für Kunst und Kunstgewerbe in Breslau berufen.
Nach den Ausstellungen in den Galerien Gurlitt und Ferdinand Möller folgen weitere Präsentationen seiner Werke in anderen namhaften Galerien Deutschlands, wie Alfred Flechtheim in Berlin und Commeter in Hamburg. Der Kunsthistoriker Heinz Braune, der ab 1919 Direktor des Schlesischen Museums der Bildenden Künste in Breslau war, schrieb eine Monografie über den Künstler, die 1921 in der Reihe „Junge Kunst“ erschien. Einen weiteren schriftlichen Beitrag erhielt er anlässlich seines 60. Geburtstages durch den Kunsthistoriker August Grisebach, der ein Vorwort zu dem Ausstellungskatalog seiner Jubiläumsausstellung verfasste, die mit knapp 160 Werken die größte Einzelausstellung zu Lebzeiten sein sollte.
Im gleichen Jahr wurde er als Direktor an die Breslauer Kunstakademie berufen. Unter seiner Direktion waren Künstler, wie Alexander Kanoldt (1881-1939), Carlo Menze (1886-1965), Johannes Molzahn (1892-1965), Oskar Schlemmer (1888-1943) und Georg Muche (1895-1987) Schüler der Akademie.
1932 folgte er dem Ruf des damaligen Direktor Walter Kaesbach (1879-1961) an die Kunstakademie in Düsseldorf, an der Theo Kerg (1909-1993) sein Schüler und Rudolf Stuckert (1812-2002) sein Meisterschüler wurde.
Mit Machtübernahme wurde er jedoch wieder aus seinem Amt entlassen. Zum Auftakt der Diffamierung moderner Kunst wurde im April des gleichen Jahres in der Städtischen Galerie Mannheim die sogenannte „Kulturbolschewistische Kunstausstellung“ eröffnet. Dort waren unter anderem Werke von Beckmann, Marc Chagall (1887-1985), George Grosz (1893-1959), Erich Heckel (1883-1970), Alexej von Jawlensky (1865-1941), Emil Nolde (1867-1956) und Moll zu sehen.
Ebenso konnte man seine Werke auf der Ausstellung „Kunst der Geistesrichtung 1918-1933“ im Schlesischen Museum der Bildenden Künste neben Werken von Otto Dix (1891-1969), Feininger, Ludwig Meidner (1884-1966), Molzahn, Ernst Ludwig Kirchner (1880-1938), Schlemmer und Karl Schmidt-Rottluff (1884-1976) sehen.
Trotz seiner Amtsentlassung unterrichtete er 1933 und 1935  in einer Sommerakademie in Hemmenhofen am Bodensee im Atelier Helmuth Mackes (1891-1936).
Nachdem er 1937 als „entartet“ eingestuft wurde, folgte seiner Entlassung ein Ausstellungsverbot.
Bis Kriegsende zog er sich ab diesem Zeitpunkt immer mehr zurück.
1946, nach Kriegsende und Rückkehr von der eigenen Kriegsflucht, begann er wieder Privatunterricht im eigenen Atelier zu geben. Hans Laabs (1915-2004) und Walter Birenheide (1913-1993) gehörten zu seinen Schülern.

Seine bunten, expressionistischen Landschaften und Stillleben, sowie Porträts zeugen von seiner modernen Kunstauffassung, in der er Impressionismus und Kubismus verband und so begeisterte.