Olivia Wilde (de son vrai nom Olivia Jane Cockburn) voit le jour le 10 mars 1984 à New York (USA), de parents journalistes. Elle grandit à Washington DC et étudie la comédie à la Phillips Academy d'Andover, dont elle sort diplômée. La jeune femme étudie également à la Gaiety School of Acting de Dublin.
En 2003 elle décroche son premier rôle au cinéma dans
The Girl Next Door de Luke Greenfield (2004) avec Elisha Cuthbert. La même année elle joue dans une série intitulée
Skin mais celle-ci est rapidement annulée. Elle rebondit en apparaissant dans plusieurs épisodes d'un show bien établi,
Newport Beach.
Sur grand écran, elle donne la réplique à Helena Bonham Carter et Aaron Eckhart dans
Conversation(s) avec une femme de Hans Canosa, ainsi qu'à Justin Timberlake et Emile Hirsch dans
Alpha Dog de Nick Cassavetes (2006).
Son nom retient véritablement l'attention du grand public à partir de 2007, lorsqu'elle intègre le casting de la célèbre série
Dr House, en tant que Dr Remy Hadley, surnommée Numéro Treize.
Elle est joue également au cinéma dans
Tron - l'héritage de Joseph Kosinski (2010).
Olivia Wilde ne cache pas ses affinités politiques avec le Parti démocrate et a notamment soutenu la campagne de Barack Obama. Elle épouse le prince italien Tao Ruspoli le 7 juin 2003.