Mary-Kate et Ashley Olsen sont nées à Sherman Oaks en Californie (Ashley est la plus âgée de 2 minutes) de Dave Olsen (né en 1953) et Jarnette Fuller (née en 1954) en 1986. Elles ont un frère aîné nommé Trent ainsi qu'une plus jeune soeur nommée Lizzie.

Elles commencent leur carrière à la télévision à l'âge de 9 mois, dans la série La fête à la maison en 1987. Les deux sœurs y jouent le même personnage, Michelle Tanner, à tour de rôle afin de respecter les lois concernant le travail des enfants acteurs. Parce que les producteurs ne veulent pas que les spectateurs sachent que Michelle a été jouée par des jumelles, elles sont initialement créditées comme « Mary Kate Ashley Olsen ».

En 1993, peu de temps après la fin de La fête à la maison, une société est créée, Dualstar, pour vendre leur image à travers des vêtements, des livres, des parfums, des magazines, des films ou encore des affiches. Grâce à cela, elles font parties de la liste des 100 célébrités du magazine Forbes en 2002. En 2007, le même magazine les classe 11^e femmes les plus riches dans l'industrie du divertissement, avec environ 100 millions de dollars. Afin de passer inaperçues dans la foule et de fuir les paparazzi, Mary-Kate et Ashley Olsen mêlent les vêtements dépareillés et usés avec ceux de grandes marques dispendieuses et réputées.

Dans les années 2000, elles tournent plusieurs films dans lesquels elles jouent leur propre rôle. En 2004, Mary-Kate affronte des problèmes liés à son alimentation. Elle sombre peu à peu dans l'anorexie, mais finit par s'en sortir. En 2007, Mary-Kate obtient un rôle récurrent dans la troisième saison de la série Weeds puis un des rôles principaux dans Wackness, aux côtés de Ben Kingsley.

Mary-Kate et Ashley ont une ligne de vêtements destinée aux adolescentes dans les magasins Wal-Mart, aux États-Unis, ainsi qu'une ligne de beauté appelée Mary-Kate et Ashley : vraie mode pour les filles. Dans ce cadre, elles se sont engagées en faveur du respect des droits des travailleurs et travailleuses qui fabriquent leurs produits.

En 2007, les deux jumelles lancent deux nouvelles lignes de vêtements, cette fois plus chères et plus engagées. Elles ont grandi et les deux lignes intitulées The Row et Elizabeth&James montrent leur maturité. Des stars d'Hollywood telles que Lauren Conrad ou Amanda Bynes achètent des vêtements de leurs nouvelles lignes.

En 2008, dans le livre Influence, elles parlent des gens célèbres dans le milieu de la mode qui les ont influencées. Des grands couturiers sont également interviewés.

Ashley Olsen est en couple avec Justin Bartha, un acteur américain depuis juin 2008 tandis que sa sœur, Mary-Kate, sorts depuis août 2008 avec Nate Lowman, un artiste New-Yorkais. Il se sépare finalement en novembre 2009.

En juin 2009, Mary-Kate a tournée à Montréal le film Beastly au côté de Vanessa Hudgens et Alex Pettyfer. Le film sortira au cinéma en juillet 2010 aux États-Unis et en octobre 2010 en France.

En octobre 2009, Mary-Kate et Ashley lancent officiellement leurs quatrième ligne de vêtements intitulée Olsenboye. Cette collection comporte des vêtements pour les jeunes filles avec l'originalité de représenter les styles des différents pays du monde avec un look de garçon manqué.