Оливия Уайлд родилась 10 марта 1984 года в Нью-Йорке. Ее мама Лесли Кобёрн, продюсер, а отец журналист Эндрю Кобёрн.

Оливия училась в разных школах, сначала она посещала дневную школу округа Джоржтаун в Вашингтоне, затем Академию Филлипса в городе Эндовер, а когда ее семья переехала в Дублин, Оливия начала ходит в школу актёрского мастерства The Gaiety School of Acting.

Свою карьеру в кино Оливия Уайлд начала как ассистент специалиста по кастингу.

В 2003 году Оливия впервые появилась на экранах телевизоров. Она сыграла роль Алекс Келли в телесериале «Одинокие сердца». Затем последовали роли в нескольких фильмах, таких как «Соседка» (2004), «Альфа Дог» (2005) и «Туристас» (2006), в которых коллегами по съемочной площадке Оливии были такие актеры, как Джош Дюамель, Мелисса Джордж, Эмиль Хирш, Джастин Тимберлэйк и Антон Ельчин.

В 2007 году Оливия снялась в главной роли телесериала «Братья Доннели», а затем попала в основной актёрский состав телесериала «Доктор Хаус» (2004-2012).

В 2007 году Уайлд также сыграла одну из главных ролей в фильме «Подстава», в котором кроме нее также снялись Пол Уокер и Лоренс Фишборн.

В 2009 году журнал «Maxim» назвал Оливию Уайлд самой сексуальной девушкой в мире.

В 2010 году Оливия снялась в таких картинах, как «Три дня на побег», с Расселом Кроу в главной роли, а также в фантастическом боевике «Трон: Наследие», ради съемок в котором Оливия занималась паркуром, а также капоэйрой и боевыми искусствами.

В 2011 году на большие экраны вышло сразу пять картин с участием Оливии, это «Изнутри», «Ковбои против пришельцев», «Хочу как ты», «Как по маслу» и «Время».

В 2012 году Оливия снова отметилась в большом количестве картин, таких как «Слова», «Черный дрозд», «Люди как мы» и «Самая длинная неделя».