Filhas de David Olsen e Jarnette Jones, as gêmeas Olsen iniciaram sua carreira de atrizes aos 9 meses de idade na série de televisão "Três É Demais" (Full House), na qual se revezavam no papel da Michelle Tanner. Como os produtores não queriam que os telespectadores soubessem que o papel era feito por gémeas, as irmãs foram, inicialmente, creditadas como "Mary Kate Ashley Olsen", só mais tarde foram creditadas separadamente. O programa era muito popular nos anos 80 e no começo dos anos 90. Ashley é considerada uma das mulheres mais bonitas do mundo, seguida de Mary-Kate. Logo após o fim da série, elas voltaram para a indústria do entretenimento, fazendo seus próprios vídeos na série "The Adventures of Mary-Kate and Ashley". Atraindo milhares de crianças e adolescentes, elas têm hoje os seus nomes e imagens estampados em roupas, perfumes, revistas, posteres, filmes, vídeo-games, uma série de livros etc. Tudo isto faz parte da linha mary-kateandashley e constitui uma indústria extremamente lucrativa.
Elas atuaram em mais duas séries de TV, "Dose Dupla", em 1998/1999, e "gêmeas em Apuros", em 2001/2002, pela qual Mary-Kate recebeu uma nomeação para um Emmy pela sua personagem, Riley Carlson, mas perdeu, e inúmeros filmes produzidos pela sua própria empresa, a Dualstar.
Em 2004, as gêmeas atuaram no seu último trabalho juntas, New York Minute (filme), um fracasso de crítica e público, em seguida surpreenderam ao anunciarem que iriam entrar para a faculdade depois de terminarem o secundário e, com isso, ficariam um tempo de fora da TV. A maioria dos jovens actores escolhem actuar em tempo inteiro depois do secundário, poucos continuam os estudos, (é o caso de Brooke Shields, Jodie Foster, e Natalie Portman, por exemplo). Ambas estudaram na New York University no Gallatin School of Individualized Study, até que Mary-Kate deixou a universidade e voltou para California. Ela decidiu ficar na Costa Oeste e procurar trabalho individual com sua empresa, a DualStar; porém, Mary-Kate era vista frequentemente a fumar, a beber e cada vez mais magra, os media fizeram muita especulação sobre o assunto, e por fim, MK deu entrada num programa de reabilitação. Ela estava com anorexia nervosa. E então, elas que antes eram vistas sempre juntas, passaram a andar separadas e em eventos diferentes.
Mary-Kate começou a actuar na terceira temporada da série de comédia Weeds, que estreou nos EUA em 13 de agosto de 2007, e está a filmar o filme The Wackness, com estreia prevista para 2008. Já Ashley tem mostrado cada vez mais interesse pela moda, sendo capa da revista Marie Claire de setembro de 2007, que traz uma reportagem sobre ela e a moda. Em 2005, ela fez um estágio com o estilista Zac Posen e foi capa da revista "Bazzar" do mês de julho no mesmo ano, além de ser presença constante nos desfiles de moda em Hollywood. Ashley também participará o filme The Informers, de 2008.
Recentemente tem havido um boicote em relação às gêmeas: a instituição PETA (People for the Ethical Treatment of Animals) lançou uma campanha contra as gémeas, que lançaram a sua colecção incluindo diversas peças feitas de pele de animais.
