Olivia Wilde tam adı ile Olivia Jane Cockburn 10 Mart 1984 yılında New York'ta doğmuştur. Annesi Leslie Cockburn, 60 Minutes televizyon yapımcısı ve gazetecidir. Babası Andrew Cockburn İrlandalı bir gazatecidir. Amcaları Alexander Cockburn ve Patrick Cockburn politik internet sitesi CounterPunch.org'da yazar ve katılımcıdır. İki yaşından itibaren oyuncu olmak istemiştir. Kısa bir süre için ailesi ABD Vermont'da yaşamıştır. Wilde Washington'da Georgetown Gündüz Okuluna devam etmiş, daha sonra Androver Massachusetts'de Phillips Academy'de öğrenim görmüştür. İrlanda Dublin'e yerleşerek The Gaiety Shool Of Acting okuluna devam edip gösteri sanatındaki en önemli adımı atmıştır. Wilde hem ABD hem de İrlan vatandaşıdır. 7 Haziran 2003 yılında Amerikan - İtalyan olan belgesel yapımcısı Tao Ruspoli ile Washington'da evlenmiştir. 2014 yılında Otis Alexander Sudeikis adlı çocuğu dünyaya gelmiştir.