Оливия Уайлд родилась в Нью-Йорке, в семье Лесли Кобёрн, продюсера телепередачи «60 минут», и журналиста Эндрю Кобёрна. Оливия — внучка знаменитого ирландского новеллиста и журналиста Клода Кобёрна и племянница автора популярных детективов Сары Кодуэлл.

     Оливия мечтала стать актрисой с двух лет. Свою карьеру в кино она начала как помощница специалиста по подбору актёров.

     В 2003 году она вышла замуж за итало-американца Тао Рисполи, занимающегося производством фильмов.

     У  Уайлд двойное гражданство: ирландское и американское. Она — натуральная блондинка.

     В начале 2000-х годов Оливия появилась в нескольких фильмах, таких как «Соседка», «Альфа Дог» и «Туристас». Самую большую популярность ей принесла роль Алекс Келли в телесериале «Одинокие сердца».

     Так же она рассматривалась на роль подружки Бонда в «Казино Рояль», но эту роль получила Эва Грин. В 2007, Уайлд снялась в короткожившей драме канала NBC «Братья Донелли» и в этом же году получила свою заветную роль – Реми Хадли (Тринадцатая) в сериале канала FOX «Доктор Хаус». Издание The New York Observer высказалось так об Оливии: «У неё глубокий голос и широкая харизма, присущая старому Голливуду.

     В 2008 году Уайлд была в числе номинированных премии Teen Choice Awards как лучшая начинающая актриса («Хаус»).