Olivia Wilde gazeteci bir ailenin çocuğu olarak dünyaya geldi. İlköğrenimini Washington'da tamamlayan Olivia Wilde, 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. Sonrasında ilk sinema deneyimini "The Girl Next Door" (2004) filmiyle gerçekleştirdi. Tanınırlığını artırdığını proje ise dönemin ünlü dizilerinden "The O.C." ile gerçekleşti. "Marissa Cooper" rolü için gittiği oyuncu seçmeleri sonrası dizinin "Alex Kelly" karakterini oynadı. Diziyle hatrı sayılır bir üne kavuştuktan sonra sinema dünyasında sıkça yer almaya başladı. "Conversations with Other Women" (2005), "Turistas" (2006), "Alpha Dog" (2006) gibi filmlerde oynadı. 2007 yılından itibaren "House M.D." dizisinde rol almaya başladı ve dizinin toplamda 81 bölümünde izleyici karşısındaydı. "House" dizisiyle birlikte televizyonda ünü gittikçe artarken sinemada da "Deathfall", "Çalıntı Hayat", "Zafere Hücum", "Third Person", "The Incredible Burt Wonderstone" (2013), "Aşk" (Her) (2013) ve "Akşamdan Kalanlar" (2013) gibi yapıtlarda boy gösterdi.