伊莉莎白·奧爾森是最早被多數人熟識是因為她主演了《老男孩》，而此後，漫威影業的電視劇部門為其在《復仇者聯盟2：奧創紀元》開始正式登場的紅女巫角色開啟了專屬的電視節目《旺達幻視》。
伊莉莎白·奧爾森出生於1989年，她年幼時借著姐姐們電視節目東風，開始頻繁出現在螢屏上，十四五歲的時候，她因為排球打得不錯，曾想通過這個特長獲得獎學金去念常青藤，但最後還是放棄了，決定專注於表演。
奧爾森從北好萊塢的高中畢業後，她進入紐約大學的藝術學院學習表演，業餘時間會去百老匯演出磨練演技，後來又通過尤金·奧尼爾戲劇中心的項目去莫斯科進修了一個學期，直到成為高年級生，才慢慢開始參加電影試鏡。
伊莉莎白·奧爾森的母親是芭蕾舞演員，父親是房地產開發商，在奧爾森很小的時候，父母就離婚了，但她和他們都很親近，奧爾森有一位哥哥，一對雙胞胎姐姐（即奧爾森姐妹）。
2011年，伊莉莎白·奧爾森出演了電影處女作《和平、愛與誤解》，同年10月21日，與約翰·哈克斯、莎拉·保羅森等共同主演的驚悚電影《雙面瑪莎》上映，她在片中扮演因為受到邪教的魅惑而一步步地走向罪惡深淵的「瑪莎」，憑藉該角色獲得了第38屆土星獎、第27屆獨立精神獎最佳女主角提名，並獲得了第24屆芝加哥影評人協會獎最有前途新演員獎。
2012年1月20日，奧爾森與西格妮·韋弗、希裡安·墨菲等聯袂出演的懸疑電影《紅燈》上映，3月9日，領銜主演的驚悚電影《寂靜的房子》上映，伊莉莎白·奧爾森飾演被徹底地禁錮在一座驚恐的大房子裡，沒辦法和外界取得聯繫的「莎拉」，9月14日，與扎克·埃夫隆聯合主演的愛情喜劇片《文科戀曲》上映，她在片中飾演擁有美貌容顏還成熟得超乎想像的19歲女大學生「贊比」。
2013年9月7日，與奧斯卡·伊薩克領銜主演的驚悚犯罪電影《紅杏出牆》在多倫多電影節首映，她在片中飾演婚後無法忍受沉悶的生活，而與情人合夥謀殺了丈夫的「特瑞薩」，10月16日，與丹尼爾·雷德克裡夫、戴恩·德哈恩等合作出演的劇情片《殺死汝愛》上映，11月27日，與喬什·布洛林、沙爾託·科普雷共同主演的懸疑動作電影《老男孩》上映，伊莉莎白·奧爾森在片中飾演幫助男主角約瑟夫·杜森特的美麗女孩「瑪麗」。
2014年3月13日，由克裡斯·埃文斯、斯嘉麗·詹森等聯袂主演的科幻動作片《美國隊長2》首映，伊莉莎白·奧爾森飾演的紅女巫一角在片尾彩蛋中亮相，5月8日，與亞倫·泰勒-詹森、渡邊謙等聯合出演的科幻動作片《哥斯拉》首映，她在片中飾演男主角福特·布羅迪的妻子，善良漂亮的女護士「艾拉」，7月25日，與達科塔·范寧領銜主演的劇情片《好女孩》上映。
2015年4月13日，與小羅伯特·唐尼、克裡斯·海姆斯沃斯等共同出演的科幻動作片《復仇者聯盟2：奧創紀元》首映，她在片中飾演擁有操控人心能力的「猩紅女巫」，9月11日，與湯姆·希德勒斯頓、馬蒂·海森聯合主演的音樂傳記片《我看見了光》上映，2016年4月12日，與克裡斯·埃文斯、小羅伯特·唐尼等合作出演的科幻動作片《美國隊長3：內戰》上映。
2017年8月18日，與傑瑞米·雷納領銜主演的犯罪驚悚片《獵兇風河谷》上映，她在片中飾演聯邦調查局一名還未熟諳行政痼疾和刑事規律的新人探員「珍·班納」，8月25日，與奧布瑞·普拉扎一同主演的黑色喜劇電影《英格麗向西行》上映，她在片中扮演坐擁眾多粉絲的網紅「泰勒·斯諾恩」。
2018年4月27日，出演的科幻動作片《復仇者聯盟3：無限戰爭》在北美上映，9月18日，領銜主演並擔任製片人的電視劇《節哀順變第一季》首播，她在劇中飾演一邊處理失去丈夫的悲痛，一邊與過去重新建立關係的年輕寡婦「Leigh Gibbs」。
2019年4月24日，奧爾森出演的漫威電影宇宙影片《復仇者聯盟4：終局之戰》上映，同年9月21日，奧爾森與保羅貝坦尼領銜主演的科幻動作劇《旺達·幻視》開機，10月1日，領銜主演的電視劇《節哀順變第二季》開播。
2020年11月，漫威劇集《旺達·幻視》登上《娛樂周刊》封面，伊莉莎白·奧爾森和保羅·貝坦尼扮演的兩口子面對鏡頭其樂融融。
媒體對於奧爾森的評論是：「伊莉莎白·奧爾森的容貌一半稚嫩一半成熟，繼承了父親挪威血統的高顴骨和薄嘴唇，混雜著奧爾森姐妹天生的冷感，但比起以凌厲眼神面對鏡頭的姐姐們，她又有著爽朗的笑容和溫柔的眉眼，她的穿衣風格隨意中帶點小復古，在電影《寂靜的房子》中，伊莉莎白·奧爾森的精彩表演不容忽視，從《雙面瑪莎》到《寂靜的房子》，她的演技始終值得讚嘆」。