В 1914 году, после победы в конкурсе «Самая красивая девушка Нью-Йорка», началась её карьера в модельном бизнесе у Харрисона Фишера. Вскоре он написал рекомендательное письмо Флорензу Зигфелду, который взял Олив в своё шоу «Безумства Зигфелда». Спустя некоторое время Томас стала участвовать в другом подобном шоу — «Полуночных развлечениях», которое показывалась в театре Новый Амстердам и, в отличие от шоу Зигфелда, было более раскрепощённым. Вскоре, благодаря своей красоте, Олив стала очень популярной среди посетителей шоу, большинство которых были состоятельными бизнесменами, и стала получать много дорогих подарков от своих поклонников. Олив также согласилась позировать обнажённой для перуанского художника Альберта Варгаса.
В 1916 году Олив подписала контракт с Международной кинокомпанией и в последующие четыре года своей кинокарьеры появилась более чем в 20 фильмах, наиболее известным из которых стал «Сумасбродная Мадж» 1917 года.
Олив также была известна как светская леди, посещающая множество различных вечеринок в высших кругах общества. После замужества в 1916 году с Джеком Пикфордом, братом знаменитой Мэри Пикфорд, её страсть к званным вечерам только увеличилась, также как и потребление алкоголя. Вместе с мужем она не раз попадала в автокатастрофы, находясь в алкогольном опьянении. Общественности также были известны их частые ссоры и примирения, которые сопровождались дорогими подарками. Олив и Джек много путешествовали не только по США, но и в Европе. Летом 1920 года они решили провести второй медовый месяц и в августе того же года отправились в Париж.
Ночью 9 сентября 1920 года супруги отправилась на одну из вечеринок, с которой вернулись поздно ночью уставшими и утомлёнными. Олив, которая была достаточно пьяна, случайно выпила большую дозу жидкого хлорида ртути, предназначавшегося для лечения хронического сифилиса мужа. После этого она была доставлена Джеком в американскую больницу в Нёйи-сюр-Сен, но врачи оказались бессильны, потому что доза ядовитого вещества была очень велика, и на следующий день Олив Томас умерла. Джек Пикфорд во время перевозки тела Олив в США пытался совершить самоубийство, но его удалось от этого отговорить.
Заупокойная служба и прощание с Олив прошли в церкви Святого Томаса в Нью-Йорке, городским властям пришлось задействовать при этом полицейских, потому что количество желающих проститься с Олив было очень велико.
После смерти Олив поговаривали, что видели её призрак в театре Новый Амстердам, где в своё время она блистала.