Fille d'antiquaires, Olivia Bonamy passe son bac à 19 ans puis s'inscrit en Histoire de l'Art à l'Université où elle ne reste que deux mois. Elle commence alors à suivre des cours de théâtre mais bien qu'elle cesse très vite d'y aller, sa décision de jouer est prise.En 1992, Patrice Leconte la choisit pour interpréter la pièce Ornifle. S'en suit sa première apparition à l'écran en 1994 avec Le Petit garçon de Pierre Granier-Deferre. Au générique de Jefferson à Paris (1995, James Ivory), elle campe l'année suivante la fille d' Anémone dans L'Echappée belle d'Etienne Dhaene. Mais jusqu'en 1999 où le grand public la découvre en petite amie de Jamel Debbouze dans la comédie Le Ciel, les oiseaux et... ta mère !, Olivia Bonamy se fait surtout un nom en travaillant pour la télévision.Le cinéma lui fait alors les yeux doux. Elle intègre le "harem" de Claude Lelouch pour les besoins de Une pour toutes (1999) et incarne la soeur d'Emmanuelle Devos dans le sombre Sur mes lèvres (2001) de Jacques Audiard. En 2002, elle tient pour la première fois le haut de l'affiche en jouant les justicières dans Bloody Mallory de Julien Magnat. Mais sa fraîcheur la prédispose davantage aux rôles légers comme en témoignent ses prestations de jeune fille en quête de l'âme soeur dans Filles perdues, cheveux gras (2002) ou bonne à marier dans Mariage mixte (2004) ou de Célibataires (2005), aux côtés de Guillaume Depardieu. En 2006, elle participe aux côtés de Michaël Cohen au thriller Ils, premier film-choc du tandem Xavier Palud / David Moreau. A deux reprises et à un an d'intervalle, elle joue aux cotés de Romain Duris: d'abord dans L'Age d'homme... maintenant ou jamais puis dans le film chorale de Cédric Klapisch, Paris. Avec Daniel Auteuil, elle tourne dans le polar d' Olivier Marchal, MR 73. Puis elle change totalement de registre en interprétant un prix de beauté dans La Guerre des miss, sous la direction de Patrice Leconte.
