С двух лет будущая звезда Голливуда мечтала стать актрисой. Дочь ирландского продюсера и журналиста Эндрю Коуберна, внучка знаменитого новеллиста Клода Коуберна и племянница автора популярных детективов Сары Кодуэлл училась в школе актерского мастерства «The Gaiety School of Acting» в Дублине. В свое время актриса активно занималась журналистикой: публиковала статьи в американском онлайн-ресурсе «The Huffington Post». Карьера Оливии Уайлд в киноиндустрии началась с должности помощника по подбору актеров. Спустя время, юная девушка была замечена режиссерами, и начала свою актерскую деятельность.
В начале 2000-х годов Оливия появилась на экране в фильмах «Соседка», «Альфа Дог» и «Туристас», но настоящая слава пришла к актрисе после роли Алекс Келли в телевизионном сериале «Одинокие сердца». Значимой в карьере Уйалд стала также роль в культовом сериале «Доктор Хаус», в котором Оливия попала в основной состав, сыграв доктора Реми Хадли. В этом же году актриса участвует в театральной постановке «Beauty on the Vine», сыграв одновременно трех различных персонажей. Актриса является невероятно трудолюбивой, с интересом и огромной ответственностью готовится к каждой роли. Так, при подготовке к съемкам фильма «Трон: Наследие» Уйалд занималась паркуром, капоэйрой и боевыми искусствами. Оливия четыре раза попадала в горячую сотню журнала «Maxim», в 2009 году став обладательницей титула «Самая сексуальная женщина в мире». Актриса была замужем за режиссером Тао Располи.
На данном жизненном этапе Оливия состоит в отношениях с актером Джейсоном Судейкисом. Пара воспитывает сына Отиса Александра и дочь Дэйзи Джозефин.