Olivia Newton-John nait à Cambridge en 1948. A l'âge de 5 ans, la famille quitte l’Angleterre pour l'Australie. Dès son adolescence, Olivia Newton-John possède un sens inné de la scène et du spectacle. Avec des amies elle monte son premier groupe, les Sol Four. Les bons retours sont immédiats, et elle fait des apparitions sur les ondes des radios locales.
Lorsque sa mère et elle redéménagent en Angleterre, elle en profite pour sortir son premier single Till you say You'll Be Mine, ainsi que son premier album dans la foulée : Tomorrow. Nous sommes en 1970, et Olivia Newton-John commence à l'âge de 22 ans à récolter la gloire, en Angleterre où elle va décrocher la 4e place à l'Eurovision face à ABBA, mais également à l'international où son titre I honestly love you est premier.
Persuadée que sa vie l'attend aux Etats Unis, elle s’y installe et devient une icône country en remportant un Grammy Award. Repérée par Alan Carr, celui-ci lui propose son mythique rôle dans la comédie musicale Grease. Le succès est mondial, Olivia Newton-John est propulsée au rang de star de la chanson et du cinéma au côté de John Travolta. Si les films suivants ne rencontrent qu'un succès mitigé, les bandes originales sur lesquelles chante l'artiste sont toujours acclamées par le public, comme la bande-son de Xanadu.
Depuis, Olivia Newton-John n'a jamais cessé de tourner, à l'exception de sa période de convalescence lorsqu'elle combattait un cancer du sein. Elle est par ailleurs devenue une porte-parole de la lutte contre cette maladie en faisant par exemple un album caritatif avec John Travolta.
En septembre 2018, elle révèle qu'un cancer lui a été diagnostiqué pour la troisième fois depuis 1992. Le 8 août 2022, elle meurt à l'âge de 73 ans.
Côté vie privée, Olivia Newton-John a été mariée avec le comédien Matt Lattanzi avec lequel elle a eu une fille, Chloé Rose, née en 1986. Depuis 2008, elle partage la vie de John Easterling.