Ann-Margret Olsson est née à Valsjöbyn, en Suède. Elle émigre très tôt aux États-Unis et débute comme chanteuse dans un orchestre de jeunes. Après avoir fait ses études à la Northwestern University, elle est découverte par le légendaire comique George Burns et interprète à vingt ans la fille de Bette Davis dans l'ultime comédie de Frank Capra : Milliardaire pour un jour.
 
L'année suivante Bye Bye Birdy de George Sidney révèle une personnalité effervescente et sexy qu'exploiteront avec bonheur des films comme L'Amour en quatrième vitesse, avec Elvis Presley, Fièvre sur la ville, The Swinger et Bien joué Matt Helm !, avec Dean Martin.