Olivia Jo Thirlby (New York, 6 ottobre 1986) è un'attrice statunitense.

Nata e cresciuta nell'East Village di Manhattan (New York) da una famiglia ebraica[2], dopo aver conseguito il diploma studia presso il French Woods Festival of the Performing Arts e successivamente studia teatro classico all'American Globe Theatre, e per un breve periodo frequenta la Royal Academy of Dramatic Art a Londra.

Debutta nel 2006 nel film United 93, in seguito lavora per la televisione partecipando ad alcuni episodi della serie televisiva Kidnapped. Dopo aver recitato nel film di David Gordon Green Snow Angels, si mette in luce come la migliore amica di Ellen Page nel pluripremiato Juno.

Nel 2007 è protagonista al fianco di David Duchovny di The Secret di Vincent Pérez ed è Leah, l'amica del cuore di Juno nell'omonimo film, mentre nel 2008 recita al fianco di Josh Peck e Ben Kingsley in Fa' la cosa sbagliata. Dopo aver partecipato al film collettivo New York, I Love You, recita al fianco di Hilary Duff nel drammatico What Goes Up.