Olivia Frances Culpo est issue d'une fratrie de cinq enfants[1]. Son père, restaurateur, est copropriétaire d'entreprises dans la région de Boston[1]. Elle grandit dans le quartier d'Edgewood à Cranston[2]. Du côté de sa mère, elle a des origines italienne avec une ascendance irlandaise[3],[4].
Culpo étudie à St. Mary Academy – Bay View(en) puis à l'Université de Boston mais n'est pas diplômée. Elle apprend à jouer du violoncelle à l'école primaire et joue dans plusieurs orchestre tels que Rhode Island Philharmonic Youth Orchestra, Rhode Island Philharmonic Chamber Ensemble, Bay View Orchestra et Rhode Island All-State Orchestra[5],[6]. Elle fréquente l'institut international Brevard Music Center(en) à Brevard en Caroline du Nord pendant deux étés et se produit avec le Boston Accompanietta[1],[6].
Le , la ville de Cranston, organise une cérémonie de retour pour Culpo. Lors de cette cérémonie qui s'est déroulée à l'hôtel de ville, le maire Allan Fung(en) lui remet les clés de la ville[9]. Elle représente les États-Unis au concours de Miss Univers qui se déroule le à Las Vegas dans le Nevada[10]. Elle décroche le titre de Miss Univers 2012 et devient la 8e Miss Univers représentant les États-Unis, succédant à Leila Lopes, Miss Univers 2011[11],[12].
Culpo devient une personnalité importante sur les réseaux sociaux à la suite de son élection et s'associe en tant qu'influenceuse aux marques L'Oréal, Kipling et überliss[14],[15].
Entre 2013 et 2015, Culpo fréquente le chanteur américain Nick Jonas[17]. Elle entretient une relation amoureuse avec l'athlète Tim Tebow jusqu'en [18]. Elle commence une relation tumultueuse avec le footballeur Danny Amendola de jusqu'en [19]. Depuis 2019, elle est en couple avec un autre joueur de football, Christian McCaffrey[20]. Ils se marient le 29 juin 2024 à Rhode Islande.