Tornou-se um sucesso das telas por sua participação na série Três é Demais, onde, com apenas nove meses de idade, deu vida à personagem Michelle Tanner, papel compartilhado com sua irmã gêmea Mary-Kate Olsen. Juntas, elas atuaram em inúmeros filmes na década de 90, além de administrarem suas próprias marcas de moda.
Ela e Mary-Kate nasceram em Sherman Oaks, Califórnia, filhas do casal Jarnette e David Olsen.
Dentre os muitos filmes que ela e Mary-Kate estrelaram ainda jovens, estão Como Arranjar uma Namorada para o Papai e Passaporte para Paris.
Ela namorou com o diretor Bennett Miller em 2014. Em 2017, começou um relacionamento com o pintor Louis Eisner.
Sua irmã mais nova, Elizabeth Olsen, atuou no suspense Martha Marcy May Marlene, de 2011, e no sucesso de bilheteria Godzilla, de 2014.
