Olivia Wilde studeerde toneel aan de Gaiety School of Acting in Dublin, Ierland. Voordat ze echter als actrice aan de slag ging, werkte ze als casting assistent. Ze maakte haar acteerdebuut in de serie Skin en kreeg bekendheid door haar rol als de biseksuele Alex in The O.C..
Rollen in films als The Girl Next Door, Alpha Dog en Turistas volgden. Ook was ze te zien in de kortlopende dramaserie The Black Donnellys, voordat ze de rol van dr. Remy “Thirteen”Hadley in House kreeg. Onlangs was Wilde te bewonderen in Year One waarin ze naast Jack Black speelde en de documentaire FIX, die ze ook produceerde.
Wist je dat de actrice officieel Olivia Jane Cockburn heet. De bekende schrijver Oscar Wilde inspireerde haar artiestennaam Wilde. Olivia woont in Los Angeles met haar man Tao Ruspoli, die een echte Italiaanse prins is en is een overtuigd veganist.