Olivia Wilde werd geboren als Olivia Jane Cockburn op 10 maart 1984.

In 2003 was Wilde voor het eerst te zien in de tv-serie Skin die al snel stopgezet werd. Haar eerste rol op het witte doek was in de film The Girl Next Door uit 2004 samen met Elisha Cuthbert. Dat zelfde jaar kreeg ze een rol in de serie The O.C. waardoor ze veel bekendheid kreeg.

De rol van Bond-girl Vesper Lynd in Casino Royale ging aan haar voorbij waardoor Eva Green in de rol mocht schitteren. In 2007 werd Wilde toegevoegd aan de cast van House MD.

In 2009 was de actrice te zien in de film Year One en in 2010 kreeg Wilde een grote rol in de Disney-film TRON: Legacy. In 2011 zal ze opnieuw in de aandacht staan door haar rol in Cowboys & Aliens van regisseur Jon Favreau.

In 2009 eindigde ze op nummer 1 in de Maxim Hot 100. Ze is getrouwd met documentaire regisseur Tao Ruspoli, tevens zoon van een Italiaanse Prins.