Olivia Cooke, Kuzeybatı İngiltere'deki Greater Manchester'da eski bir tekstil üretim şehri olan Oldham'da doğdu ve büyüdü. Oyuncu olmayan bir aileden geliyor; Babası John, emekli bir polis memuru ve annesi bir satış temsilcisidir. Cooke, Royton ve Crompton Ortaokuluna gitti ve Blackout'taki A-seviyelerinin sona ermesinden önce, Oldham Sixth Form College'da drama okudu.
Küçük yaşta, Cooke bale ve jimnastik yaptı. Oldham Tiyatro Atölyesi denilen memleketinde okul sonrası bir drama programında 8 yaşındayken oyunculuğa başladı. Cooke, yıllardır, Oldham Altıncı Form Koleji'nin Batı Yakası Hikâyesi'nin yapımında Maria olarak rol aldığı 17 yaşına gelene kadar toplulukun bir parçası olarak gerçekleştirildi. Kısa bir süre sonra Cooke, Oldham Theatre için ilk ve son lider rolüne inandı: Prom: The Musical, Cinderella'nın yeniden yapımı.
14 yaşındayken Cooke, Manchester'daki ilk yerel yetenek ajanını, onu bir dizi reklamın içine yerleştirdi. 2012 yılında, Harry Styles'de bir sırtına binmek için bir öğrenci olarak “Sonbahar Dönemi” Tur Videosu'ndaki One Direction'da göründü. Bu bölüm için yaptığı seçmeler sırasında Cooke, yapımcıları bir bölünme yaparak eğlendirdi.