伊丽莎白·奥尔森1989年2月16日出生在美国的加利福尼亚州，父亲从事房地产生意，母亲则是一位芭蕾舞演员，家境殷实。但是这个家庭很特殊，家庭成员较多，她的一对双胞胎姐姐是著名的奥尔森姐妹，还有一个哥哥。在这种家庭环境中长大，她学会了怎样与别人相处。
很小的时候，伊丽莎白·奥尔森就已经对表演产生兴趣，但仅仅是一种爱好，童年时期总是生活在姐姐们的明星光环之下。高中毕业后，她选择去艺术学院学习表演，并经常去舞台出演戏剧提高自己的演技。她长得很漂亮，有一种无法言语的美，这为她的演员梦想加分不少。
从初次参与电影试镜获得成功开始，伊丽莎白·奥尔森努力走出一条不同的演艺道路。从她的早期作品来看，她是一位特立独行的演员，特别是加盟《复仇者联盟》系列电影之后，很多人被这位明艳貌美的女演员吸引住了。
2011年，伊丽莎白·奥尔森初涉演艺圈之后就带来了一部颇具份量的作品，在由肖恩·德金执导的惊悚片《双面玛莎》中，她饰演一位被邪教组织洗脑的女孩玛莎，受尽折磨。好不容易逃脱出来，却发现与原有的社会脱节，融入不了家庭生活，最后在混淆现实与幻想的梦魇下处于崩溃的边缘。在这部电影里，伊丽莎白·奥尔森表现亮眼，成为万人瞩目的影视圈新人。
