Nacida en Nueva York, Olivia Wilde crece en Washington DC. Comienza a estudiar interpretación en la Academia Phillips en Andover (Massachusetts) y es allí donde comienza a realizar sus primeros pinitos como actriz en producciones escolares. Tras trasladarse a Dublín para matricularse en la Gaiety School of Acting, se muda a Los Ángeles donde comienza a trabajar en una agencia de casting.

Su debut en la pequeña pantalla tiene lugar en 2003 en la serie ‘Skin’ y un año más tarde obtiene un pequeño papel en el filme ‘La vecina de al lado’. Ese mismo año obtiene un papel en la exitosa serie de televisión ‘The O.C.’ y a partir de entonces obtiene pequeños papeles en diversas películas como ‘Conversaciones con otras mujeres’ o ‘Alpha Dog’.

Su gran oportunidad llega en 2007 cuando obtiene el papel de Trece en la exitosa serie de televisión protagonizada por Hugh Laurie, ‘House’. Gracias a su papel en la ficción de Fox obtiene una gran popularidad que le abren las puertas del cine en filmes como ‘Los próximos tres días’ o ‘TRON: Legacy’.