Olivia Cooke, Kuzey Batı İngiltere'de Greater Manchester'da eski bir tekstil üretim kasabası olan Oldham'da doğdu ve büyüdü. Oyuncu olmayan bir aileden geliyor; babası John emekli bir polis memuru, annesi ise bir satış temsilcisi. Cooke, Royton ve Crompton Ortaokuluna devam etti ve Oldham Sixth Form College'da drama eğitimi aldı, A-seviyelerinin bitiminden önce Blackout'ta rol almak için ayrıldı.Cooke genç yaşta bale ve jimnastik yaptı. Oyunculuğa 8 yaşındayken memleketindeki Oldham Tiyatro Atölyesi adlı bir okul sonrası drama programında başladı. Cooke, 17 yaşında Oldham Sixth Form College'ın West Side Story prodüksiyonunda Maria rolünü oynayana kadar yıllarca sadece topluluğun bir parçası olarak sahne aldı. Kısa bir süre sonra Cooke, Oldham Tiyatrosu için ilk ve son başrolünü Külkedisi'nin yeniden çevrimi olan Prom: The Musical'da oynadı.