Elizabeth Chase Olsens Mutter, Jarnette Olsen (geb. Jones), ist eine ehemalige Tänzerin und ihr Vater, David Olsen, Bankier und Immobilienhändler. Sie ist die jüngere Schwester der Zwillinge Mary-Kate und Ashley Olsen, welche bereits als Kinder in Filmen und im Fernsehen spielten. Olsen hat einen älteren Bruder, einen jüngeren Halbbruder und eine jüngere Halbschwester. Ihre Eltern ließen sich 1996 scheiden.
Olsen begann zu schauspielern, als sie vier Jahre alt war, und trat mehrmals in Mary-Kate und Ashleys Projekten, wie 1994 in dem Fernsehfilm Abenteuer auf der Wildwasser-Ranch, auf. Außerdem bekam sie kleine Rollen in den Musikvideos ihrer Schwestern. Als Kind nahm sie Schauspielunterricht und verbrachte Zeit im Musiktheatercamp. Olsen hätte 2004 beinahe aufgehört, sich der Schauspielerei zu widmen, da die Aufmerksamkeit der Medien auf Mary-Kates Essstörung gelenkt wurde.
Nach ihrem Schulabschluss 2007 an der Campbell Hall School studierte sie Schauspiel bei der Atlantic Theater Company und besuchte die Filmhochschule Tisch School of the Arts. Olsen schloss ihr Studium an der NYU im Januar 2013 ab.
Olsen ist seit ihrem 13. Lebensjahr Atheistin, da sie der Auffassung ist, dass Religion eine Gemeinschaft sein sollte und ein Ort, an dem man beten kann, und nicht etwas, das die Freiheit von Frauen bestimmen sollte. Sie ist Botschafterin für Bobbi Brown Cosmetics.
Olsen war mit dem Schauspieler Boyd Holbrook verlobt, von dem sie sich 2014 trennte. Im Juni 2019 verlobte sie sich mit Robbie Arnett, einem Sänger und Musiker der US-amerikanischen Band Milo Green. Sie leben zusammen in Los Angeles. Im Juni 2021 gab Olsen bekannt, dass die beiden geheiratet haben. Im April 2026 wurde bekannt, dass das Paar ihr erstes gemeinsames Kind erwartet.
123Leah Rozen:An Olsen Sister Finds a Spotlight All Her Own. In: The New York Times. 11.Oktober 2011, ISSN0362-4331 (nytimes.com[abgerufen am 20.März 2022]).
↑Michelle Tauber:Two Cool.Abgerufen am 20.März 2022(englisch).
↑Kathryn Shattuck:Elizabeth Olsen on Grief, the Scarlet Witch and Her Next Life. In: The New York Times. 11.Oktober 2019, ISSN0362-4331 (nytimes.com[abgerufen am 16.Februar 2022]).