Olivia Stahn studierte bei Marie-Louise Ages und Julie Kaufmann in Lübeck und Berlin und absolvierte die Lied-Klasse von Irwin Gage mit Auszeichnung. Mit der Titelpartie in »Simplicius Simplicissimus« von Karl Amadeus Hartmanns gab sie ihr Bühnendebüt. Es folgten Engagements an der Staatsoper Hannover, am Staatstheater Stuttgart, bei den Dresdner Musikfestspielen, am Konzerthaus Berlin, beim Bachfest Leipzig, den Schwetzinger Festspielen, im Festspielhaus Hellerau, den Telemannfesttagen Magdeburg und im ZKM Karlsruhe. Mit der zum Theatertreffen eingeladenen Produktion »Via Intolleranza II« von Christoph Schlingensief gastierte sie beim kunstenfestivaldesarts Brüssel, den Wiener Festwochen, den Münchner Opernfestspielen und auf Kampnagel Hamburg.
Regelmäßig singt sie an der Staatsoper Unter den Linden und verkörperte dort die Hauptrollen in Lucia Ronchettis »Lezioni di tenebra« und »Die Luft hier: scharfgeschliffen« von Matthias Hermann, sang »La Douce« von Emmanuel Nunes und die Frau in Nikolaus Brass‘ »Sommertag«.
Als Konzertsängerin trat Olivia Stahn mehrfach beim Lucerne Festival unter Pierre Boulez auf und arbeitete mit dem Ensemble Resonanz, Collegium Novum Zürich, Ensemble Avantgarde, Solistenensemble Kaleidoskop, Ensemble Adapter, Ensemble Unitedberlin, Meitar Ensemble, Trio Image und Ensemble Courage zusammen. Aufnahmen entstanden für Wergo, cpo und das Berliner Label CorinneDeBerne, dort erschien im vergangenen Jahr die Schallplatte »Bicinien«.