1989'da Jarnette ve David Olsen çiftinin en küçük çocuğu olarak doğdu. İkiz ablaları Mary-Kate ve Ashley Olsen de kendi dönemlerinin çok tanınmış oyuncularıydı. Ayrıca Trent adlı bir ağabeyi bulunuyordu. Oyunculuğa çocukluğunda tiyatro ile başladı. Ayrıca bale ve ses eğitimi de aldı. Ablalarının popüler olduğu dönemlerde bazı filmlerinde yer aldı. Campbell Hall School'daki eğitiminin ardından New York'taki Tisch School of the Arts'ta ve 1 dönemliğine Moskova'daki Moskova Sanat Tiyatrosu'nda tiyatro eğitimi aldı.
Ablaları oyunculuğu liseden sonra bırakmıştı, ancak Elizabeth Olsen onların aksine farklı projelere yönelerek oyunculuk kariyerini devam ettirdi. 2011 yapımı Martha Marcy May Marlene filmindeki başrolüyle büyük takdir kazandı. 2013'te aynı adlı Güney Kore filminin uyarlaması Oldboy'da Marie Sebastian karakterini canlandırdı. Kaptan Amerika: Kış Askeri filmindeki Scarlet Witch rolüyle Marvel Sinema Evreni'ne katıldı. 2017'de Ingrid Goes West filmindeki performansıyla bir kez daha beğeni topladı.