Attrice. Figlia dell'attore Stig Olin, interprete di alcuni film diretti da Ingmar Bergman. Ed è lo stesso Bergman che le insegna a recitare presso la scuola d'Arte Drammatica del Teatro Reale di Stoccolma, dove interpreta sotto la sua direzione numerose opere di Shakespeare, Ibsen e Strindberg, e che la fa debuttare nel cinema in "L'immagine allo specchio" (1976). Per lo stesso Bergman interpreta successivamente "Fanny e Alexander" (1982) e "Dopo la prova" (1984). Alla fine degli anni '80 vola negli Stati Uniti per girare, accanto a Daniel Day-Lewis e Juliette Binoche, "L'insostenibile leggerezza dell'essere" (1988) di Philip Kaufman, film che la fa conoscere al pubblico internazionale e le vale la candidatura al Golden Globe come miglior attrice non protagonista. Nel 1989 riceve la nomination per l'Oscar, sempre come miglior non protagonista, grazie al ruolo interpretato in "Nemici - Una storia d'amore" di Paul Mazursky. In seguito la sua carriera procede tra alti e bassi e con memorabili occasioni mancate come nel caso del ruolo di Maria in "Il falò delle vanità" (1990) di Brian De Palma - interpretato poi da Melanie Griffith - e quello di Catwoman in "Batman - il ritorno" (1992) di Tim Burton, assegnato a Michelle Pfeiffer. Dal 1994 è sposata con il regista Lasse Hallström, da cui ha avuto la figlia Tora, nata nel 1995. Ha anche un figlio, August, nato nel 1986 dal un precedente matrimonio con l'attore Örjan Ramberg.