Olivia Wilde 10 Mart 1984 tarihinde New York şehrinde, gazeteci bir ailenin çocuğu olarak dünyaya geldi. İlköğrenimini Washington'da tamamlayan güzel yıldız 2002 yılında Massachusetts'teki Phillips Akademisi'nden mezun oldu. Güzel oyuncu Dublin'deki Gaiety School of Acting'de oyunculuk eğitimi aldı ve ilk oyunculuk denemeleri için kolları sıvadı. İlk olarak 2003'te başlayan Skin dizisinde rol aldı, ertesi yıl ilk sinema deneyimini The Girl Next Door filmiyle gerçekleştirdi.

Tanınırlığını artırdığını proje ise dönemin ünlü dizilerinden The O.C. ile gerçekleşti. Esas olarak Marissa Cooper rolü için gittiği oyuncu seçmeleri sonrası dizinin Alex Kelly'si oldu. Diziyle hatrı sayılır bir üne kavuştuktan sonra beyazperde de sıkça izleyici karşısına çıkmaya başladı. Conversations with Other Women, Turistas, Alpha Dog gibi filmlerde yer aldı.

2007 yılından itibaren House M.D. dizisinde rol almaya başladı ve dizinin toplamda 81 bölümünde izleyici karşısına çıktı. House dizisiyle birlikte televizyonda ünü gittikçe artarken sinemada da Deathfall, Çalıntı Hayat, Zafere Hücum, Third Person, The Incredible Burt Wonderstone, Aşk ve Akşamdan Kalanlar gibi yapıtlarda boy gösterdi.