Îndrumată de cineastul Ingmar Bergman, și-a făcut debutul pe ecran cu un rol mic în filmul său Față în față (1976). După ce a absolvit școala de dramă, Olin s-a alăturat Teatrului Dramatic Regal, urmat de roluri în filmele lui Bergman Fanny și Alexander (1982) și După repetiție (1984). A avut un succes internațional cu rolul unei artiste cu spirit liber în Ușoara neputință a ființei (1988), care i-a adus o nominalizare la premiul Golden Globe pentru Cea mai bună actriță în rol secundar – Film.
Olin a obținut și mai multe aprecieri critice pentru interpretările sale ale unei supraviețuitoare evreice în comedia-dramă Inamicii, o poveste de dragoste (1989), pentru care a primit o nominalizare la premiul Oscar pentru Cea mai bună actriță în rol secundar, și a unei soții abuzate în comedia-dramă Chocolat (2000), pentru care a primit o nominalizare la premiul BAFTA pentru Cea mai bună actriță în rol secundar. Alte roluri de film includ Aventurile lui Picasso (1978), Havana (1990), Romeo sângerează (1993), Mr. Jones (1993), Poarta a noua (1999), Regina blestemaților (2002), Casanova (2005), Cititorul (2008), Remember Me (2010), Maya Dardel (2017) și Soția artistului (2019).
Pe televiziune, Olin a jucat rolul agentului KGB Irina Derevko în thrillerul spion Alias (2002–2006), care i-a adus o nominalizare la premiul Primetime Emmy pentru Cea mai bună actriță în rol secundar într-un serial dramatic. Alte roluri televizate includ sitcomul Bun venit în Suedia (2014–2015), seria dramatică Riviera (2017–2020) și seria dramatică Hunters (2020–2023).
Descrierea de mai sus provine din articolul Wikipedia despre Lena Olin, licențiat sub CC-BY-SA, lista completă a contributorilor pe Wikipedia.