Elizabeth Chase Olsen przyszła na świat 16 lutego 1989 roku w kalifornijskim Sherman Oaks. Jest norweskiego i angielskiego pochodzenia. Wychowywała się wraz z trójką rodzeństwa - bliźniaczkami
Mary-Kate i
Ashley oraz bratem
Trentem w rodzinie
Davida i Jarnette Olsenów. Jej matka jest menadżerem osobistym a ojciec deweloperem i bankierem. Podczas nauki w Campbell Hall School wystąpiła w filmie "
Jak uratowano Dziki Zachód", gdzie partnerowała swoim siostrom. Ponadto od najmłodszych lat uczęszczała na zajęcia z baletu i śpiewu. Na początku 2000 roku wzięła udział w przesłuchaniu do roli Carmen w filmie "
Mali agenci", jednak nie została zaangażowana.
Po ukończeniu szkoły średniej rozpoczęła naukę na New York University's Tisch School of the Arts. W 2009 roku spędziła semestr w Rosji, gdzie studiowała w Moskiewskiej Szkole Teatralnej w ramach programu MATS w Eugene O'Neill Theatre Center. Po ukończeniu uczelni otrzymała tytułową rolę w dramacie "
Martha Marcy May Marlene". Za ten występ została uhonorowana nagrodami: Pauline Kael Breakout Award, IFJA Award NFCS Award oraz licznymi nominacjami do prestiżowych statuetek jak: Saturn, Critics' Choice czy Satelita. W międzyczasie znalazła się na okładkach magazynów: "Nylon Magazine", "VS Magazine" i "Glamour Goes Shopping Magazine". W międzyczasie ubiegała się o udział w "
Grze o Tron", "
Wojowniczych żółwiach ninja" i "
Zimowej opowieści", jednak nie została zaangażowana.
W 2011 roku wyjechała do Nowego Orleanu, gdzie kręcony był film "
Oldboy. Zemsta jest cierpliwa". Rola Marie Sebastian przyniosła jej nominację do prestiżowej nagrody BAFTA (Rising Star), w kategorii największa aktorska nadzieja kina. Następnie dołączyła do obsady dramatu"
Bardzo grzeczne dziewczyny". Na planie poznała
Boyda Holbrooka, z którym zaczęła się spotykać. Ponadto na potrzebę filmu wykonała utwory muzyczne "Razor Burn" i "Go Ahead". Niedługo potem była brana pod uwagę do roli Sharon Carter w produkcji "
Kapitan Ameryka: Zimowy Żołnierz", jednak ostatecznie powierzono jej postać Scarlet Witch, w którą wcieliła się w krótkiej scenie po napisach końcowych. Ze względu na podpisanie kontraktu z wytwórnią Marvel Studios, odrzuciła propozycję zagrania Rey w "
Gwiezdnych wojnach: Przebudzenie Mocy". Następnie zaręczyła się ze
Holbrookiem.
W 2014 roku rozpoczęła pracę na planie filmu "
Avengers: Czas Ultrona". Na potrzebę produkcji podróżowała po Wielkiej Brytanii, Korei Południowej, Bangladeszu, RPA i Włoszech, gdzie kręcono zdjęcia. Za ten występ została uhonorowana nominacją do nagrody Teen Choice, w kategorii przełomowa rola kinowa. Niedługo po premierze, rozstała się ze swoim narzeczonym. Rolę Scarlet Witch powtórzyła w filmach "
Kapitan Ameryka: Wojna bohaterów", "
Avengers: Wojna bez granic" oraz "
Avengers: Koniec gry". Ponadto rozpoczęła prace przy serialu "
WandaVision" oraz "
Doktor Strange w multiwersum obłędu", jednak zdjęcia do obu produkcji zostały wstrzymane z powodu pandemii wirusa COVID-19. Wkrótce wyjechała do Teksasu, aby wystąpić w serialu inspirowanym prawdziwymi wydarzeniami "
Love and Death", gdzie wcieliła się w główną rolę.
Jako modelka wzięła udział w licznych sesjach zdjęciowych do katalogów i magazynów takich jak: "Marie Claire Magazine", "Joy Magazine", "L'Officiel Magazine" czy "Glamour Magazine". Wystąpiła również u boku
Winony Ryder w reklamie kolekcji ubrań sieci H&M. Ponadto w 2019 roku zaręczyła się z muzykiem Robbie'm Arnettem, po trzech latach randkowania, a w czerwcu 2021 roku odbył się ich ślub. W 2022 roku wraz z mężem wydała książkę dla dzieci "Hattie Harmony: Worry Detective".