Olivia Cooke urodziła się 27 grudnia 1993 roku w angielskim mieście Oldham. Jej ojciec, John jest policjantem, natomiast matka, Lindsy trudni się jako przedstawicielka handlowa. Po rozwodzie rodziców wraz z siostrą, Eleanor, zamieszkała z matką. Uczyła się w Royton and Crompton Secondary School w swoim rodzinnym mieście. W młodym wieku uczęszczała na lekcje baletu i gimnastyki. Gdy miała osiem lat rozpoczęła pracę w teatrze Oldham Theatre Workshop, w którym zagrała w sztucę "West Side Story" na deskach Oldham Sixth Form College. Niedługo potem otrzymała główną rolę w przedstawieniu "Prom: The Musical".
W 2012 roku zagrała w teledysku zespołu
One Direction, do piosenki "Autumn Term", a wkrótce potem rozpoczęła naukę w Oldham Sixth Form College. Tego samego roku zadebiutowała na ekranie w serialu "
Blackout", a następnie otrzymała jedną z głównych ról w "
Bates Motel", gdzie partnerowała
Verze Farmiga. W międzyczasie złożyła dokumenty na studia do Royal Academy of Dramatic Art (RADA), jednakże się nie dostała.
W wieku 18 lat została zaangażowana do horroru "
Uśpieni", a na początku 2014 roku rozpoczęła pracę na planie dramatu "
Earl i ja, i umierająca dziewczyna", w którym otrzymała główną rolę. Na potrzebę produkcji ogoliła się na łyso. Za ten występ została uhonorowana nominacjami do nagród: San Diego Film Critics Society, Women's Image Network Awards oraz Empire Awards. Brała udział w przesłuchaniu do roli w "
Star Wars: Episode VIII", jednak nie została zaangażowana. Następnie udała się na kasting do produkcji
Stevena Spielberga pt. "
Ready Player On". Aktorka zrobiła na nim takie wrażenie, że obsadził ją w głównej roli.
Olivia od 2015 roku spotyka się z
Christopherem Abbottem. Poza aktorstwem, wspiera także kampanię Save the Children i promuje ją w bułgarskich reklamach.