Элизабет Чейз Олсен родилась 16 февраля 1989 года в Шерман-Оукс, пригород Лос-Анджелеса, США.

Ее отец, Дэвид Олсен, работает ипотечным банкиром, а мать, бывшая балерина Джарнетт Фуллер. Кроме Элизабет в семье также вырос сын Трент и близнецы — известные актрисы, продюсеры и дизайнеры Мэри-Кейт и Эшли Олсен.

Также у Элизабет есть единокровные сестра Тейлор и брат Джейк от второго брака отца.

В детстве Элизабет занималась балетом и вокалом. Также в юном возрасте она начала сниматься в кино, в пятилетнем возрасте Элизабет сыграла небольшую роль в фильме «Весёлые деньки на Диком Западе».

Училась Элизабет Олсен в школе Campbell Hall в Северном Голливуде, а затем закончила университет искусств в Нью-Йорке. В 2009 году она окончила актерские курсы в Москве.

В 2011 году Элизабет снялась в картинах «Тихий дом», «Мир, любовь и недопонимание», «Красные огни» и «Марта, Марси Мэй, Марлен». За роль в последнем актриса получила хорошие отзывы от кинокритиков.

В 2012 году она сыграла главную роль в фильме «Гуманитарные науки», где ее партнерами по фильму были Джош Рэднор и Ричард Дженкинс.

В январе 2013 года Элизабет номинировалась на премию Британской киноакадемии в категории «Восходящая звезда».

Также в январе 2013 года вышел фильм «Убей своих любимых», в котором Элизабет снялась вместе с Майклом С. Холлом и Дэниэлом Рэдклиффом.

В августе 2013 года Элизабет Олсен была утверждена на роль Алой Ведьмы в фильме «Мстители: Эра Альтрона» (2015).