Olivia Newton-John nació el 26 de septiembre de 1948 en Cambridge, Reino Unido. Su hermana, la actriz Rona, falleció de cáncer. Vivió su infancia y adolescencia, en Australia y estudió en la Universidad de Melbourne.

Olivia inició su experiencia como cantante en el grupo femenino llamado Sol Fou. Su primer álbum, If Not For You (1971), llegó a los Estados Unidos y consiguió tres sencillos de mediano éxito. En 1974 representó al Reino Unido en el Festival de Eurovisión quedando en la 4ª posición. En ese año logró colocar una balada del disco, I Honestly Love You,  en el 1º lugar del Billboard estadounidense. A partir de ahí comenzó a conquistar el mercado norteamericano y en 1975 se muda a Estados Unidos, donde se posiciona como cantante de música pop y country.

A lo largo de su carrera sus canciones alcanzaron en 5 ocasiones el primer puesto en las listas de ventas. Una de ellas, Physical, permaneció durante 10 semanas en primer lugar de las listas de popularidad. Ganó 4 premios Grammy y en 1979 participó en el concierto benéfico Music for UNICEF, junto a artistas reconocidos internacionalmente.

Olivia tiene también una carrera como actriz, participó en varios musicales Xanadu y Two of a Kind pero sin duda su mayor éxito fue Grease (1978), con John Travolta. En este musical interpretó a la tierna Sandy, la conquista de Travolta. 

Tiene una estrella con su nombre en Hollywood Boulevard, en reconocimiento por su trayectoria.

Estuvo casada con el actor Matt Lattanzi, con quien tuvo una hija. En julio de 2008 se casó en secreto con el magnate John Easterling.

En 1992 lanzó su tercera colección de grandes éxitos, Back to Basics - The Essential Collection 1971-1992, y planeó su primera gira, pero poco después del lanzamiento del álbum, le fue diagnosticado cáncer de mama, lo que la obligó a cancelar todos sus planes. Tiempo después se recuperó y desde entonces apoya la investigación contra esta enfermedad, así como a distintas causas humanitarias y a instituciones como UNICEF. Fue nombrada Embajadora de Buena Voluntad del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. 

En 2008, recaudó fondos para ayudar a construir el Olivia Newton-John Cancer and Wellness Centre en Melbourne, Australia. El 30 de mayo de 2017, Olivia anunció la reincidencia de la enfermedad, lo que la obligó a posponer sus presentaciones.