Элизабет Чейз Олсен родилась 16 февраля 1989 года в городке Шерман-Оукс (англ.)русск., пригороде Лос-Анджелеса (штат Калифорния, США) в семье ипотечного банкира Дэвида Олсена (род. 1953) и бывшей балерины Джарнетт Фуллер (род. 1954). В 1995 году, когда Элизабет было 6 лет, её родители развелись. У Элизабет есть старший брат Джеймс Трент Олсен (род.1984) и сёстры-близнецы — известные актрисы, продюсеры и дизайнеры Мэри-Кейт и Эшли Фуллер Олсен (род. 1986). Также у Элизабет есть единокровные сестра Тейлор Олсен (род. 1996) и брат Джейк Олсен (род. 1997) от второго брака её отца с Мартой МакКензи.

Элизабет — выпускница «Atlantic Theater Company» и «NYU Tisch School of the Arts», провела семестр обучаясь в Школе-студии МХАТ по программе обмена.

Элизабет дебютировала на экране в 1994 году, сыграв небольшую роль в фильме «Весёленькие деньки на диком западе (англ.)русск.», где главные роли сыграли её сёстры. До этого Олсен появилась в нескольких видео сестёр в роли самой себя. Снялась в музыкальном клипе «Carlotta» на песню «The Queen».

В 2011 году она получила хорошие отзывы от критиков за исполнение главной роли в фильме «Марта, Марси Мэй, Марлен».