Nació en Bologna,^[1]​ hija de Luca Magnani —hijo de los actores Anna Magnani y Massimo Serato— y Gigliola Faenza, actriz y hermana del director de cine Roberto Faenza.^[2]​ Comenzó su carrera en el teatro. En 2004 corprotagonizó Le conseguenze dell'amore de Paolo Sorrentino, cuya interpretación le valió el Globo d'oro a la mejor actriz revelación.^[3]​ Tuvo su primer papel protagónico en Quell'estate felice (2007), gracias al cual ganó dos premios a la mejor actriz en el Festival de Varna y el Festival de Bastia.^[4]​ En 2008 protagonizó Un amore di Gide, dirigida por Diego Ronsisvalle, con Guido Caprino. En 2016, el director ruso Aleksander Sokurov la dirigió en la obra teatral basada en I Marmi de Joseph Brodsky, que se estrenó en el Teatro Olímpico de Vicenza. Entre 2019 y 2020 estuvo de gira con el espectáculo La donna Leopardo, dirigido por Michela Cescon, que se estrenó en el Piccolo Teatro de Milán.

• Marianna Ucrìa (1997)
• Una bellezza che non lascia scampo (2001)
• Le conseguenze dell'amore (2004)
• La jungle (2006)
• Un amore di Gide (2008)
• Quell'estate felice (2009)
• Aria (2009)
• Todo el dinero del mundo (2017)
• Delitto naturale (2019) (cortometraje)

• Al di là delle frontiere - Miniserie (2004)
• Contergan - Miniserie (2007)

• «Ancora qui» (2009) de Renato Zero
• «Forever» (2012) de Antonello Venditti

• Sitio web oficial
• Olivia Magnani en Internet Movie Database (en inglés).

• Esta obra contiene una traducción derivada de «Olivia Magnani» de Wikipedia en italiano, concretamente de esta versión, publicada por sus editores bajo la Licencia de documentación libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 4.0 Internacional.