Элизабет Чейз Олсен родилась 16 февраля 1989 года в семье ипотечного банкира Дэвида Олсена и Джарнетт Фуллер, бывшей балерины. Элизабет – младший ребенок в семье: у нее есть брат и сестры-близняшки Мэри-Кейт и Эшли, которые старше ее на три года. Когда девочке было всего шесть лет, родители развелись, отец ушел к другой женщине. Позже у Элизабет появились сводные сестра и брат. Будущей звезде приходилось нелегко, ведь она практически всегда была в тени своих старших сестер – популярных голливудских актрис.
Младшая Олсен дебютировала уже в пять лет, сыграв крошечную роль в телефильме «Веселые деньки на Диком Западе» (1994), где близняшки блистали в главных ролях. Лиззи разочаровалась в актерском ремесле и решила, что будет балериной. Однако, повзрослев, она полюбила русский театр и решила учиться на театральную актрису. Лиззи поступила в серьезное учебное заведение – Школу искусств Нью-Йоркского университета – и уже на втором курсе получила роль в бродвейской постановке «Импрессионизм» с Джереми Айронсом. В 2009 году юная Элизабет Олсен вместе с американскими студентами побывала в Москве по программе обмена, посетила школу-студию МХАТ. Говорят, во время учебы в России она познакомилась с начинающим актером Ильей Бочарниковым, с которым у нее завязался серьезный роман. Издания пишут, что пара тайно встречается около трех лет, впрочем, официально Лиззи не подтверждает эту информацию. Актриса, теперь уже завоевавшая популярность, тщательно скрывает подробности личной жизни.
До окончания учебы Лиззи не принимала приглашений сниматься в кино, потому что хотела прежде всего получить хорошее актерское образование. «Моя фамилия всегда была мотивацией для того, чтобы получить надлежащую актерскую подготовку», – говорит Элизабет. В 2011 году 22-летняя выпускница появилась в своей первой серьезной работе – независимой картине «Марта, Марси Мэй, Марлен». Первая главная роль стала серьезной заявкой для начинающей актрисы: Элизабет сыграла сбежавшую из секты девушку, которая пытается начать новую жизнь, но не может избавиться от страхов и паранойи. Фильм показали на американском фестивале независимого кино «Сандэнс», и игра Элизабет буквально покорила жюри – девушка одним мгновением затмила своих сестер. Лиззи Олсен номинировали на премию «Независимый дух» за лучшую женскую роль. После этой картины актриса стала очень популярна.
В 2011 году Олсен также появилась в фильме ужасов «Тихий дом» и в независимой драме Брюса Бересфорда «Мир, любовь и недопонимание». Эти фильмы не имели особого успеха в прокате, однако были тепло встречены критикой. В следующей работе – триллере сценариста и режиссера Родриго Кортеса «Красные огни» (2012) – Олсен сыграла вместе с Робертом Де Ниро, Сигурни Уивер и Киллианом Мерфи. В работе «Тереза Ракен» (2012) режиссера Чарльза Стрэттона Лиззи появилась в образе молодой женщины Терезы, которая вынуждена выйти замуж за кузена, но жаждет настоящей любви и бросается в объятия его лучшего друга. В комедии Джоша Рэднора «Гуманитарные науки» (2012) Элизабет исполнила роль юной студентки, влюбленной в мужчину старше ее.
В 2013 году ожидаются две премьеры с ее участием – триллер «Убей своих любимых», где Элизабет Олсен вместе с Дэниэлом Рэдклиффом становятся свидетелем таинственного убийства, и комедия «Очень хорошие девочки», где героиня Лиззи вместе с персонажем Дакоты Фаннинг пытаются любой ценой расстаться с девственностью.