Еще будучи маленькой девочкой, Оливия увлеклась балетом и гимнастикой. В 8 лет она уже выходила на сцену в местном театре. Оливия изучала драматическое искусство в «Oldham Sixth Form College», который она не окончила из-за съемок в мини-сериале «Отключка». Во время учебы девушка играла в мюзиклах, которые ставили в ее колледже, она исполняла роль Золушки и Марии из «Вестсайдской истории».
В возрасте 14 лет Оливия Кук попала к своему первому агенту, который пристроил ее в несколько рекламных роликов. Она появилась в клипе группы «One Direction». Однако целью Оливии была работа в телевизионных проектах. Мечта стала явью в 2012 году, когда она снялась сразу в двух мини-сериалах - «Отключка» и «Тайна Крикли-холла».
Агент Оливии считал, что она полностью готова к большим ролям, но актрисе захотелось продолжить обучение. Она пробовала поступить в Королевскую Академию Драматического Искусства (RADA) и даже прошла все прослушивания, но не была принята. Однако удача все же улыбнулась ей, и в 18 лет она дебютировала в большом кино в фильме «Эксперимент: Зло». Оливии досталась непростая роль Джейн Харпер, психически нездоровой девушки, жертвы научных опытов группы ученых. По признанию самой актрисы, роль стала для нее лучшей школой актерского мастерства. Этот фильм вышел на экраны лишь весной 2014 года, спустя два года после окончания съемок.
В 2012 году Оливия Кук стала сотрудничать с агентом из Лос-Анджелеса и совсем скоро приступила к съемкам в американском сериале «Мотель Бейтсов». Оливии досталась роль Эммы, девушки, больной редким заболеванием - муковисцидозом. Премьера сериала состоялась в марте 2013 года. Сериал оказался успешным, и его продлили еще минимум на два сезона. В Лос-Анджелесе Оливия также снялась в короткометражке «Кожа Руби».
Оливия Кук успела сняться и в независимом кино «Сигнал». Этот фантастический триллер снимали в 2014 году в пустыне штата Нью-Мехико. Кук сыграла студентку-хакера, которой вместе со своими друзьями удалось поймать сигналы внеземного разума.
В 2014 году в прокат вышел еще один американский фильм с Оливией Кук в главной роли. Им стал ужастик «Уиджи: доска дьявола». Действие разворачивается в старинном доме, в котором подростки проводили спиритические сеансы с помощью деревянной доски Уиджи в надежде вызвать духа своей умершей подруги.
Оливия Кук не готова стать исключительно «королевой фильмов ужасов» и стремится к разнообразным ролям. Ради роли в фильме «Me & Earl & the Dying Girl» (на экранах с 2015 года) Оливии пришлось сбрить свои длинные волосы. В этой драме она играет девушку, больную лейкемией.
