1990年，16岁的奥利维娅·科尔曼在诺维奇女子中学参加学校的戏剧比赛时，出演了个人第一部舞台剧《春风不化雨》，在剧中饰演充满理想主义的女教师简·布罗迪，从此爱上表演 。她曾在剑桥大学哈默顿学院学习小学教育专业，这期间她在剑桥大学脚灯戏剧俱乐部排演戏剧。在剑桥大学读了一个学期后，她选择辍学 ，离开剑桥大学后，她进入布里斯托老维克戏剧学校学习戏剧。1999年，从布里斯托老维克戏剧学校毕业后 ，她接过许多临时性工作和广告角色，甚至在没戏拍时从事过清洁工的工作 。
2000年2月，与马丁·弗瑞曼、罗伯特·韦伯等人合作主演的喜剧电视剧《六贱客》在英国播出，这也是她个人首部电视剧作品 。2003年9月，由其担任主演的电视喜剧《窥视秀第一季》在英国播出，她在剧中饰演生活混乱的信贷公司的员工索菲 。2004年11月，继续在电视喜剧《窥视秀第二季》中饰演索菲，与大卫·米切尔、罗伯特·韦伯等人出演对手戏 。
2005年1月，主演的电视喜剧《四周看看第二季》在英国播出，她在剧中饰演与嘉宾插科打诨的主持人Pam Bachelor。2006年5月，在爱情电影《甜蜜婚礼》中与罗伯特·韦伯饰演一对坚持裸体主义的情侣 ；9月，与罗伯特·韦伯、大卫·米切尔等人合作主演的电视喜剧《米切尔和韦柏第一季》在英国播出，她在剧中饰演参加数学游戏的Julie ；11月，回归电视喜剧《窥视秀第三季》，在该季中她饰演的角色索菲与男主角马克正式订婚 。2007年4月，主演的电视喜剧《窥视秀第四季》获得第55届英国电视学院奖最佳情景喜剧 ，她也凭借该剧提名第47届蒙特卡洛国际电视节金仙女奖喜剧类最佳女演员；8月，主演的由导演帕迪·康斯戴恩执导的剧情短片《Dog altogether》上映，随后该片获得了第61届英国电影学院奖最佳真人短片 。
2008年6月，凭借电视喜剧《米切尔和韦柏第二季》提名第48届蒙特卡洛国际电视节金仙女奖喜剧类最佳女演员；10月，在电视喜剧《靓丽人生第一季》中饰演男主角西蒙的母亲黛比，她是一位个性爽朗的服务员 ；11月，收到导演丹·泽夫的邀请，主演的剧情电视电影《消费激情》播出，她在片中饰演生活无趣的作家珍妮特·博特利；12月，凭借《窥视秀第五季》提名第19届英国喜剧奖最佳女演员。
2009年9月，回归电视喜剧《窥视秀第六季》，在该季中她饰演的角色索菲和马克面临着婚姻危机 ；10月，与帕迪·康斯戴恩、西姆斯·奥尼尔等人合作主演的喜剧电影《当克和苏克孜》在英国上映，她在片中饰演怀有男主角当克孩子却已与当克分手的奥利维娅 ；11月，主演的电视喜剧《靓丽人生第二季》由英国广播公司播出 。2010年6月，与汤姆·霍兰德尔领衔主演的电视喜剧《烦恼的牧师第一季》在英国播出，她在剧中饰演帮助牧师丈夫重建教堂的律师亚历克斯 。
2011年3月，收到英国广播公司的邀请，主演的情景喜剧《二零一二第一季》在英国播出，她在剧中饰演2012年伦敦奥运会的筹备小组的成员 ，并凭借该剧获得第59届英国电视学院奖喜剧类最佳女演员 ；5月，在剧情电视剧《流亡》中饰演一直照料患有老年痴呆症的父亲的女儿南希 ；10月，收到导演帕迪·康斯戴恩的邀请，主演的剧情电影《暴龙》在英国上映，她在片中饰演无法生育并遭受丈夫家暴的服装店店主汉娜 ，凭借该片获得第47届芝加哥国际电影节银雨果奖最佳女演员 、第27届圣丹斯电影节世界剧情片单元评委会特别奖最佳表演 、第14届英国独立电影奖最佳女主角等9个奖项 ；11月，回归电视喜剧《烦恼的牧师第二季》，并凭借该剧获得第38届英国广播记者工会奖电视类最佳女演员 。2012年1月，在传记电影《铁娘子：坚固柔情》中饰演英国前首相玛格丽特·撒切尔的女儿卡洛·撒切尔，并凭借该片获得第32届伦敦影评人协会奖年度英国女演员 ；2月，与比尔·默瑞、劳拉·琳妮等人合作主演的剧情电影《总统别恋》在英国上映，她在片中饰演伊丽莎白王后 ，并凭借该片获得第15届英国独立电影奖最佳女配角 ；3月，回归情景喜剧《二零一二第二季》，并凭借该剧获得第60届英国电视学院奖喜剧类最佳女演员 ；8月，收到英国广播公司的邀请，主演的犯罪电视剧《殊途同归第二季》在英国播出，她在剧中饰演反对枪支的妇女运动领袖苏·布朗，并凭借该剧获得第60届英国电视学院奖最佳女配角 、皇家电视协会奖节目类最佳女演员 。
2013年3月，在悬疑电视剧《小镇疑云第一季》中饰演调查11岁的小男孩离奇死亡时间的海滨小镇女侦探艾莉·米勒，她凭借该剧获得第61届英国电视学院奖最佳女主角 、第40届英国广播记者工会奖电视类最佳女演员等5个奖项 ，并提名第42届国际艾美奖最佳女演员 ；5月，与帕迪·康斯戴恩等人合作主演的悬疑电视电影《威彻尔先生的猜疑：天使巷的凶手》在英国播出，她在片中饰演请求威彻尔侦探调查自己的侄女谋杀案的富有女人苏珊·斯宾塞 ；7月，收到Channel 4的邀请，主演的剧情迷你剧《奔跑》在英国播出，她在剧中饰演自己的儿子杀害了陌生人的单亲母亲卡罗尔 ；12月，与瓦妮莎·雷德格瑞夫领衔主演的悬疑电视电影《第十三个故事》在英国播出，她在片中饰演帮助身世离奇的作家温特立传的传记作家玛格丽特 。2014年1月，收到导演约翰·亚历山大的邀请，主演的剧情电视剧《晨缘暮恋》在英国播出，她在剧中饰演丈夫出轨的妻子马吉·马修斯 ；3月，回归电视喜剧《烦恼的牧师第三季》，继续饰演律师亚历克斯 ，并凭借该剧提名第62届英国电视学院奖喜剧类最佳女演员 ；5月，与尼克·弗罗斯特领衔主演的电视喜剧《司隆先生》在英国播出，她在剧中饰演与丈夫分居的会计师珍妮特 ；9月，在剧情电视剧《秘密》中饰演对于是否为身患癌症的母亲进行安乐死而犹豫不决的兽医Pippa 。
2015年1月，回归悬疑电视剧《小镇疑云第二季》，继续在剧中饰演海滨小镇女侦探艾莉·米勒；6月，与汤姆·哈迪、凯特·弗利特伍德等人合作主演的悬疑电影《伦敦路》在英国上映，她在片中饰演居住在发生过谋杀案的伦敦路的居民朱莉 ；10月，收到导演欧格斯·兰斯莫斯的邀请，主演的科幻电影《龙虾》在爱尔兰上映，她在片中饰演帮助身患“单身病”的成年人士找到伴侣的酒店经理，并凭借该片获得第18届英国独立电影奖最佳女配角 。2016年2月，与汤姆·希德勒斯顿、休·劳瑞合作主演的剧情电视剧《夜班经理第一季》，她在剧中饰演暗中销售武器的英国情报人员安吉拉·布尔 ，她凭借该剧获得第74届美国电影电视金球奖电视类最佳女配角 ，并提名第68届黄金时段艾美奖迷你剧/电视电影最佳女配角 、第22届评论家选择奖电视类限定剧/电视电影最佳女主角 ；4月，收到导演福田知盛的邀请，主演的家庭电视剧《那些花儿第一季》在英国播出，她在剧中饰演与丈夫婚姻破裂的音乐教师狄波拉 ；7月，收到编剧菲比·沃勒-布里奇的邀请，参演的电视喜剧《伦敦生活第一季》在英国播出，她在剧中饰演女主角的后母，她是一位富有心机的艺术家，她凭借该剧提名第64届英国电视学院奖喜剧类最佳女演员 。
2017年2月，与大卫·田纳特领衔主演的侦探电视剧《小镇疑云第三季》在英国播出，她在剧中饰演调查强暴案的海滨小镇女侦探艾莉·米勒 。2018年6月，回归家庭电视剧《那些花儿第二季》，继续在剧中饰演与丈夫感情出现问题的狄波拉；11月，收到导演欧格斯·兰斯莫斯的邀请，主演的剧情电影《宠儿》在美国上映，她在片中饰演脾气善变的安妮女王，与蕾切尔·薇姿、艾玛·斯通出演对手戏 ，她凭借该片获得第91届奥斯卡金像奖最佳女主角 、第75届威尼斯国际电影节沃尔皮杯最佳女演员、第76届美国电影电视金球奖电影类音乐/喜剧类最佳女主角等47个奖项 。2019年3月，回归电视喜剧《伦敦生活第二季》，她在剧中继续饰演女主角的后母，凭借该剧提名第71届黄金时段艾美奖喜剧类最佳女配角 ，并获得第24届金卫星奖电视类最佳女配角 ；6月，入选《Vogue（美版）》评选的“25位最有影响力的英国女性” ；8月，与爱丽丝·恩格勒特合作主演的惊悚电影《追随者》在加拿大上映，她在片中饰演狂热的宗教皈依者霍普 ；10月，被授予大英帝国司令勋章（CBE） ；11月7日，由其领衔主演的剧情电视剧《王冠第三季》在Netflix上线，她在剧中饰演步入中年的英国女王伊丽莎白二世 ，凭借该剧她获得了第77届美国电影电视金球奖电视类剧情类最佳女主角 ，并提名第72届黄金时段艾美奖电视类剧情类剧集最佳女主角 、第25届评论家选择奖电视类剧情类最佳女主角 ；12月，入选《卫报》评选的“2019年度十佳女演员” 。
2021年3月15日，凭借《父亲》获得第93届奥斯卡最佳女配角提名。
1994年，科尔曼在剑桥大学脚灯戏剧俱乐部排演艾伦·艾克本执导的舞台剧《Table Manners》时，遇见了同剧组的正在剑桥大学读法律系的大三学生艾德·辛克莱（Ed Sinclair），辛克莱随后便转行开始从事写作。2001年8月，两人正式结婚，育有3个孩子 。
奥利维娅·科尔曼是一名实力派演员，她有着无法否认的表演才华，在影视作品中，她演绎出狂热、悲伤、黑暗和绝望的情绪牵动着观众的心 。在电视剧《小镇疑云》中，她成功塑造出朴素的外表下、敏锐又坚强的女性角色形象。在影片《宠儿》中，她精准地表现出安妮女王在人前的王者威严，以及在人后的叛逆淘气。她的表演，初看平平无奇、不以为意，但她用较少的时间传递出了丰富的信息量 。在电视剧《王冠第三季》中，她传神地演绎了英国女王伊丽莎白二世，她仅仅通过眼神便传达出许多情绪，暗示了女王内心的矛盾与无奈 ，展现了伊丽莎白二世步入中年后对统治的力不从心 。在奥利维娅·科尔曼充满欢乐与热情的外表下，她有着感性的内心 。（梅丽尔·斯特里普、《新京报》、《时尚芭莎》、Newsday、《Paste Magazine》综合评）
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