Елізабет Чейз Олсен народилася 16 лютого 1989 року в Шерман-Оукс, передмістя Лос-Анджелеса, США.

Її батько, Девід Олсен, працює іпотечним банкіром, а мати, колишня балерина Джарнетт Фуллер. Крім Елізабет в сім'ї також виріс син Трент і близнюки - відомі актриси, продюсери і дизайнери Мері-Кейт і Ешлі Олсен.

Також у Елізабет є єдинокровні сестра Тейлор і брат Джейк від другого шлюбу батька.

У дитинстві Елізабет займалася балетом і вокалом. Також в юному віці вона почала зніматися в кіно, в п'ятирічному віці Елізабет зіграла невелику роль у фільмі «Веселі деньки на Дикому Заході».

Навчалася Елізабет Олсен в школі Campbell Hall в Північному Голлівуді, а потім закінчила університет мистецтв в Нью-Йорку. У 2009 році вона закінчила акторські курси в Москві.

У 2011 році Елізабет знялася в картинах «Тихий дім», «Мир, любов і нерозуміння», «Червоні вогні» і «Марта, Марсі Мей, Марлен». За роль в останньому актриса отримала хороші відгуки від кінокритиків.

У 2012 році вона зіграла головну роль у фільмі «Гуманітарні науки», де її партнерами по фільму були Джош Реднор і Річард Дженкінс.

У січні 2013 року Елізабет номінувалася на премію Британської кіноакадемії в категорії «Висхідна зірка».

Також в січні 2013 року вийшов фільм «Убий своїх коханих», в якому Елізабет знялася разом з Майклом С. Холом і Деніелом Редкліффом .

У серпні 2013 року Елізабет Олсен була затверджена на роль Червоної Відьми у фільмі «Месники: Ера Альтрон» (2015).