Олимпия Манчини родилась 11 июля 1637 года в Риме. Когда Олимпии было десять лет, кардинал Мазарини привез ее и двух ее сестер – Марию и Гортензию – во Францию, чтобы выдать их замуж.
Девушки стали подругами по играм молодого короля Людовика XIV. А вскоре Олимпия стала одной из его первых фавориток. Королевский двор узнал об этом лишь в конце 1654 года, когда Людовик сделал Олимпию королевой всех праздничных торжеств последней недели года.
Вскоре в Париже распространился слух, будто Олимпия станет королевой Франции. Мать Людовика, Анна Австрийская, не на шутку рассердилась. Она не могла позволить состояться такой свадьбе. Олимпии было приказано удалиться из Парижа.
Кардинал Мазарини быстро находит Олимпии мужа – им становится Евгений-Морис Савойский-Кариньян, граф де Суассон. Свадьба состоялась в феврале 1657 года.
В 1679 году Олимпия оказалась замешана в знаменитом деле «версальских отравительниц». Ей было предъявлено обвинение в том, что она посещала отравительницу Ла Вуазен и покупала у нее яд. Некоторые биографы полагают, что Олимпия хотела отравить Луизу де Лавальер, любовницу короля. По другим данным Олимпия просто хотела вернуть благосклонность короля, приворожив его.
Олимпию также подозревали и в отравлении ее мужа, который умер шестью годами ранее, а также в смерти Марии Луизы Орлеанской, королевы Испании, приближенной которой Олимпия была с мая 1686 года. Дело закончилось тем, что король приказал Олимпии больше не появляться при дворе. И хотя она утверждала, что невиновна и была скомпрометирована, ей пришлось покинуть Францию.
Олимпия Манчини уехала в Брюссель, путешествовала по Европе со своими сестрами Марией и Гортензией, побывала в Англии, Испании.
Умерла Олимпия Манчини в Брюсселе 9 октября 1708 года.