不同于两位姐姐在婴孩时期就开始大量参演电视剧，伊丽莎白的表演资历可谓是少得可怜，除了四岁时参演的电视剧以外，早期的伊丽莎白最多的亮相就是在两位姐姐的真人秀节目中了。不过热爱戏剧表演的伊丽莎白在生活中下了不少功夫，潜心学习表演。因此在第一次参演电影《和平、爱、误解》时，就得到了一定的好评。

　　不过，真正让伊丽莎白大放异彩的还是在圣丹斯电影节上收获好评一片的电影《双面玛莎》。尽管玛莎的邪教狂热以及崩溃迷离的精神状态让伊丽莎白在表演时遭遇到了不少的挑战，但是她收放自如的表演还是让不少影评人为之震撼，并在颁奖季中收获不少奖项。尽管在最后，伊丽莎白·奥尔森不敌鲁尼·玛拉无缘奥斯卡提名，但是好莱坞媒体对这位来自奥尔森家族的新势力还是十分看好的。

　　与两位姐姐一样，渴望全面发展的伊丽莎白将自己的领地扩大到了时尚、电视等诸多领域。在各种时尚盛宴上，这位小妮子的表现颇受人赞赏，2013年11月，伊丽莎白·奥尔森正式加盟《复仇者联盟：奥创时代》，出演红女巫。

　　2014年5月16日，她出演的《哥斯拉》在美国上映。2014年5月16日，《哥斯拉》在中国上映。2016年3月，她出演的音乐传记电影《我看见了光》上映，在影片中扮演传奇歌手汉克·威廉姆斯的妻子。5月，她加盟的《美国队长3：内战》上映，继续出演“红女巫”。