Olivia nació el 26 de septiembre de 1948 en Cambridge, Reino Unido. Su padre, Brinley Newton-John, era galés y formó parte del proyecto Enigma durante la Segunda Guerra Mundial, y su madre, Irene Born, era alemana y tuvo que huir del régimen nazi al tener ascendencia judía. Su abuelo materno fue el Premio Nobel de la Física en 1954, Max Born. Además tiene dos hermanos mayores, Hugh y Rona. La familia se trasladó en 1954 a Melbourne, Australia, donde su padre trabajó de profesor de alemán en la universidad. El matrimonio se divorció en 1960 y Olivia se quedó a vivir con su madre que era escritora y fotógrafa.

A los 14 años formó un grupo con varios compañeros de clase con los que tocaba en cafeterías. Posteriormente comenzó a participar en diversos programas de radio y televisión como The Go!! Show, donde conocó a la cantante Pat Carroll y a su futuro productor John Farrar, o Sing Sing Sing, en el que se proclamó ganadora recibiendo como premio un viaje al Reino Unido con 17 años. Allí empezó a cantar en pubs y bases militares, y publicó su primer single Till you say you’ll be mine, un absoluto fracaso que aumentó sus deseos de regresar a Australia, entre otros motivos, porque echaba de menos a su actual pareja, algo a lo que su madre se negaba porque quería que viera «mundo». Su mentalidad comenzó a cambiar cuando Pat llegó al Reino Unido y formaron el dúo Pat & Olivia con el que recorrieron las discotecas de toda Europa, pero al espirar el visado de Carroll, ésta tuvo que regresar a su país. Posteriormente pasó a formar parte del grupo Toomorrow con el que grabó una película de ciencia ficción musical y su correspondiente BSO, pero el proyecto también fracasó y se separaron rápidamente.

Ya en 1971, Olivia fichó por la discográfica Festival, a la que perteneció en Australia hasta su venta a Warner en 2005, y publicó su primer álbum en solitario, If not for you. El single de presentación de título homónimo, escrito por Bob Dylan e interpretado previamente por el ‘Beatle’ George Harrison, fue su primer éxito internacional. El segundo, Banks of Ohio, la catapultó al número 1 de la lista de ventas australiana y reafirmó su popularidad en la británica. Paralelamente, el eurovisivo Cliff Richard la seleccionó para colaborar en su programa It’s Cliff Richard y actuó con él en el telefilm The Case, además de ser la telonera de su gira internacional. Este exitoso debut la llevó a ser elegida como la «Mejor Cantante Femenina» del Reino Unido por la revista Record Mirror dos años consecutivos.

Su segundo disco, Olivia, llegaría solo un año después, pero pasó totalmente desapercibido y ni siquiera fue publicado en Estados Unidos. La suerte le vuelve a sonreir en 1973 con el lanzamiento de su tercer álbum, Let me be there, consiguiendo el número 1 de la lista country estadounidense, perfilando su estilo y abriéndose camino en el que será su principal mercado musical. Tal fue el éxito que ganó su primer Grammy, a la Mejor Artista Country, y recibió el premio de la Academia de Música Country a la artista más prometedora.

Justo en este momento fue elegida internamente por la BBC para representar al Reino Unido en Eurovisión 1974. El tema fue elegido en una gala televisada entre seis propuestas. Long live love, compuesto por Valerie Avon y Harold Spiro, fue el favorito de la audiencia con 27.387 votos por correo postal, frente a su favorito Angel eyes que se tuvo que conformar con 18.018. Su actuación como anfitriona en Brighton, acompañada por las coristas de Sandie Shaw en 1967, Lady Birds, alcanzó la cuarta posición con 14 puntos procedentes de Yugoslavia (4), Italia (3), Alemania (2) y Bélgica, Finlandia, Grecia, Irlanda y Suiza (1). A pesar de la notable clasificación en el festival y su aceptable rendimiento comercial, #11 en Reino Unido y Australia y top 10 en diversos países europeos, Olivia confesó posteriormente que «nunca me gustó la canción que tuve que cantar».

Gracias a su participación en Eurovisión publicó su cuarto álbum, llamado igualmente Long live love, donde se incluían los seis temas del A Song for Europe y otras seis canciones. Después de su experiencia eurovisiva y para aprovechar su creciente fama en Estados Unidos, decidió lanzar en este país el mismo disco, pero sustituyendo todas las candidaturas de la preselección por otros cortes de sonido country. El resultado fue If you love me, let me now con el que consiguió su primer número 1 en la lista de álbumes estadounidense y, con I honestly love you, también en la de singles. Con este trabajo ganó dos nuevos Grammy al Disco del Año y a la Mejor Artista Femenina, además de ser premiada como la Mejor Cantante Femenina de 1974 por la Asociación de Música Country, lo que provocó un debate en el sector más purista del género por anteponer a una intérprete extranjera sobre las estrellas locales que, no obstante, salieron en defensa de Olivia. De hecho, la hermana de Dolly Parton, Stella, grabó en su honor Ode to Olivia.

Su nuevo álbum Have you never been mellow de 1975, presentado con el single homónimo, volvió a situarla en el #1 por partida doble de los charts estadounidenses, frente a la discreta acogida en el Reino Unido y Europa, lo que la lleva definitivamente a mudarse a América. Sus siguientes LP, Clearly love de 1975 y Come on over y Don’t stop believin’ de 1976, recibieron tres certificaciones de Oro pero, al igual que Making a good thing together de 1977, se consideran trabajos menores. Ese mismo año publicó su primer recopilatorio de grandes éxitos, incluyendo sus sencillos más exitosos entre 1971 y 1977, vendiendo más de 2.000.000 de copias solo en Estados Unidos y recibiendo su primer Doble Platino.

La carrera de Olivia daría un nuevo salto de gigante cuando aceptó protagonizar junto a John Travolta la película Grease en 1978, una decisión que la convertiría en la mayor estrella de la época, y todo a pesar de sus reticencias iniciales por el fracaso de su experiencia previa como actriz y el miedo a interpretar a una adolescente a sus 29 años. La cinta se convirtió en un fenómeno social permaneciendo 12 semanas no consecutivas en el #1 de Estados Unidos y 13 en el Reino Unido. La BSO, por su parte, despachó nada más y nada menos que 38 millones de copias en todo el mundo, 300.000 de ellas en España, siendo la más exitosa de toda la historia. El primer single You’re the one that I want fue #1 en Estados Unidos, Reino Unido, Australia y prácticamente en todo el mundo vendiendo 15 millones de unidades. El segundo Summer nights fue otro exitazo, especialmente en las listas británicas, donde alcanzó nuevamente el #1. Cabe destacar que ambos sencillos se encuentran actualmente en el #6 y #19 del chart histórico del Reino Unido. El tercer single Hopeleslly devoted to you también fue otro hit, #2 en las listas británicas y australianas y #3 en la estadounidense, e interpretada en directo en los Oscar de 1979 en los que estaba nominada como Mejor Canción. Olivia también fue candidata a los Globos de Oro como Mejor Actriz de Musicales.

A finales de ese mismo 1978 publica su nuevo álbum, Totally hot, con el que cambia de imagen y sonido, siguiendo la estética de Sandy en Grease, y abandonando el sonido country por un estilo más puramente pop. El giro la devuelve al top 10 en Estados Unidos y Australia. El single de presentación A little more love también alcanza el #3 en USA y el #4 en UK donde logra su mejor peak histórico. Su reconciliación con el público de las islas que la había ninguneado en sus primeros años de carrera se plasma con la concesión por parte de la Reina de la Medalla de la Orden del Imperio Británico en 1979. Un año después vuelve a protagonizar otro musical, Xanadu, en esta ocasión con Gene Kelly en su último papel como actor. La película, en su día, fue masacrada por la crítica, hasta tal punto que inspiró  los Premios Razzies, conocidos en España como los Anti-Oscar, y tampoco destacó en la taquilla, pero hoy es considerado un film de culto y su versión teatral ha recibido incluso varias nominaciones a los Tony. La BSO, sin embargo, fue otra locura que llegó al #1 en Australia, #2 en Reino Unido o #4 en Estados Unidos, y el single Magic fue #1 y #3 anual en las listas estadounidenses, mientras que el segundo sencillo Xanadu coronó los top del Reino Unido y Europa.

La carrera de Olivia se encontraba en lo más alto, pero todavía le faltaba un nuevo hito musical, el Doble Platino Physical de 1981. El single de presentación, titulado como el álbum y originalmente propuesto a Rod Stewart y Tina Turner, despachó 10 millones de copias solo en Estados Unidos, fue número 1 durante 10 semanas y se convirtió allí en la canción más vendida de la década, la décima de la historia y la segunda de una solista femenina. Estas cifras, hoy en día inalcanzables, estuvieron acompañadas de polémica por un videoclip censurado en varios estados y otros países debido a sus referencias sexuales. Este trabajo fue, precisamente, pionero en cuanto a vídeos musicales pues todas las canciones contaban con su propio clip, un proyecto que en su totalidad ganó el Grammy al Mejor Vídeo del año y recibió una nominación a los EMMY tras haberse entrenado en el canal ABC con un espectacular 35% de audiencia. Este año también inauguró su Estrella en el Paseo de la Fama. Su segundo volumen de Grandes Éxitos llegaría en 1982, presentado con el sencillo Heart attack, con el que no pasó del #16 en los charts pero, curiosamente, terminó vendiendo otros dos millones de unidades y entrando en el top 10 anual de 1983.

Ese mismo año volvió a formar pareja artística con John Travolta en Two of a Kind, pero segundas partes -casi- nunca fueron buenas y la película resultó un rotundo fracaso de taquilla y crítica, y fueron nominados a los Razzies a Peor Película, Actor y Actriz. Sin embargo, el primer single de la BSO, Twist of fate, le dió un nuevo top 5 y Platino en Estados Unidos. Paralelamente inició su carrera empresaria con Pat Carroll en la cadena de ropa femenina Koala Blue que resultó inicialmente muy exitosa pero se iría a la quiebra en 1992. Ya en 1984 se casa por primera vez con Matt Lattanzi a quien conoció en el rodaje de Xanadú.

A partir de este momento su carrera musical entra en declive. Su decimotercer álbum, Soul kiss, salió a la venta en 1985 y funcionó relativamente bien en Estados Unidos (#29) y Australia (#19), así como en Japón (#5) donde siempre ha gozado de una gran popularidad, pero sus ventas se quedaron muy lejos de sus últimos trabajos. La promoción del mismo también se vio interrumpida por el nacimiento de su primera hija, Chloe. El single disco, The Rumour, se editó en 1988 y fue el primer proyecto que no contó con John Farrar en la producción. El single de presentación fue compuesto por Elton John y, a pesar de las buenas críticas, volvió a pinchar a nivel comercial en una industria que la consideraba «vieja». La misma suerte corrió Warm and tender en 1989, el último álbum producido por Farrar, formado por canciones infantiles y nanas.

La vida de Olivia cambió para siempre en 1992 cuando le diagnosticaron cáncer de mama la misma semana de la muerte de su padre. La enfermedad le obligó a suspender la promoción de su recopilatorio Back to Basics: The Essential Collection 1971-1992 en el que por primera vez se juntaban todos sus éxitos country y pop, así como su primer tour mundial en 10 años. El tratamiento contra el cáncer duró dos años y ese mismo 1994 publicó Gaia: One Woman’s Journey, totalmente compuesto por ella y basado en su experiencia. Muchos de sus discos posteriores ahondan en esta temática como Stronger than before (2005) o Grace and attitude (2006). Desde entonces también ha estado involucrada en infinitas campañas contra el cáncer y actos benéficos, además de haber participado en numerosos especiales televisivos.

En el año 1998 relanzó su carrera en Estados Unidos con el álbum Back with a Heart, su primer proyecto puramente country en 21 años, grabado en Nashville. El primer single del mismo, una versión de su propio I honestly love you de 1974, consiguió volver a entrar en el top 100 de Billboard. Ya en el 2000 actuó en la Ceremonia de Apertura de los Juegos Olímpicos de Sidney. Su actividad discográfica no ha cesado en el nuevo milenio, desde álbumes de duetos como 2 (2002) o A celebration in song (2008), versiones como Indigo: Women of song (2004), colaborativos como Liv con Beth Nielsen Chapman y Amy Sky (2016) o navideños como ‘T the season con Vince Hill (2000), Christmas Wish (2007), This Christmas con John Travolta (2012), o Friends for Christmas con John Farnham (2016) que, aunque pueda parecer mentira, fue su primer disco de estudio personal en conseguir el #1 en Australia. Tambien regresó a los escenarios y se embarcó en un tour mundial entre 2012 y 2017, incluyendo una residencia en Las Vegas que se prolongó de 2014 a 2016. En lo personal, después de divorciarse de Matt Lattanzi en 1995, se volvió a casar en 2008 con el empresario John Easterling

El canal Seven de Australia estrenó en 2018 una mini serie de dos episodios llamada Olivia Newton-John: Hopelessly Devoted to You, un biopic protagonizado por Delta Goodrem que recibió el consentimiento de la artista a cambio de que todos los beneficios se destinaran a la lucha contra el cáncer. Lamentablemente, Olivia volvió a padecer la enfermedad en 2013, aunque no se hizo público, y nuevamente en 2017. Este mismo año anunció que sufre metástasis en la espalda y huesos, una situación incurable, pero se muestra fuerte y optimista. «Nunca le he preguntado a los médicos cuanto tiempo me queda de vida, si alguien te dice que seis meses, probablemente será así porque tú te lo crees», afirmó recientemente. Olivia y Matt han pasado este verano unos días en España, en la Ribeira Sacra de Galicia, y en las últimas semanas se han producido un sinfín de homenajes y muestras de cariño. La artista es una firme defensora del cannabis para uso medicinal, de hecho, su hija Chloe tiene una fábrica de la planta en Oregón.