Olivia Thirlby est née à New York où elle a très tôt manifesté son désir de jouer la comédie. Formée au théâtre shakespearien, elle a successivement suivi les cours du Globe Theatre de New York et de l’Académie Royale d’Art Dramatique à Londres.
Si j’étais toi marque ses premiers pas au cinéma, mais elle a depuis travaillé avec Paul Greengrass sur
Vol 93 et tient l’affiche de
Snow Angels de David Gordon Green aux côtés de Kate Beckinsale.
On la retrouve également à l’affiche de
Si J'étais Toi réalisé par Vincent Perez et de
Margaret de Kenneth Lonergan (scénariste de
Gangs Of New York) aux côtés d’Anna Paquin et Matt Damon. Elle participe également au premier court-métrage de Natalie Portman,
Eve et est à l'affiche de
La Loose (wackness) de Jonathan Levine. En 2008, elle donne la réplique à Joseph Gordon-levitt dans
Uncertainty.
Les années qui suivent, on voit
Olivia Thirlby apparaître dans le film collectif
New York, I Love You, fait un apparition dans la série
Bored To Death, joue aux côtés de Jeff Daniels et Lauren Graham dans la comédie romantique
The Answer Man.
En 2010, elle retrouve Natalie Portman et lui donne la réplique dans comédie
Sex Friends avant de rejoindre le casting du film de science-fiction
The Darkest Hour.
