Olivia Mellegård commence le handball dans le club suédois d'Önnereds HK. En 2015, l'ailière rejoint le club de première division Sävehof[2]. Avec Sävehof, elle remporte le titre de championne de Suède en 2016, 2018 et 2019[3].
À l'été 2019, elle rejoint le club danois du Copenhague Handball[4].
Elle est appelée pour la première fois en équipe de Suède en 2016 et prend part au championnat d'Europe 2016. Elle subit une commotion cérébrale lors du match contre la France durant le tour principal, à l'occasion d'un affrontement avec Laura Glauser, ce qui met un terme à son tournoi[7]. Elle participe ensuite également au championnat du monde 2017 où la Suède obtient la quatrième place[8]. En 2018, elle est retenue en équipe de Suède pour participer au championnat d'Europe 2018 où la Suède se classe sixième[9].
