Родилась Энн-Маргрет в Стокгольме; позже её семья переехала в небольшой городок Вальсьебун – поселение дровосеков и фермеров почти у северного полярного круга. В 1946-ом семья переехала в США, где когда-то успел пожить и поработать – и куда вернулся еще в 1942-ом – отец девочки, Густав Ольссон. В первый же день после прибытия он повел дочь в Радио Мьюзик-Холл. Семья нашла себе новое жилье неподалеку от Чикаго, в городке Уилметт (штат Иллинойс). В 1949-ом девочка получила гражданство. В школе она стала брать уроки танцев и продемонстрировала прирожденный талант – у неё была потрясающая способность копировать практически любые увиденные движения. Благодаря помощи родителей, Ольссон продолжила развивать этот навык и училась все более и более сложным танцам. Уже подростком, Энн-Маргрет промелькнула в целом ряде детских развлекательных передач.
В старших классах девочка блистала в местных театральных постановках. По окончанию школы она поступила в Северо-Западный Университет, но доучиться до конца не смогла. В составе группы “Suttletones” Ольссон выступала в чикагском ночном клубе “Mist”; через некоторое время её пригласили в Лас-Вегас, но предложение сорвалось. Группа перебралась в Лос-Анджелес и, с помощью местного агента, устроилась в клуб в Ньюпорт Бич. Там Энн-Маргрет познакомилась с самой Мэрилин Монро; та быстро приметила яркую девушку в толпе и побеседовала с ней наедине, сильно добавив ей внутренней смелости.
Вскоре после этого группа все же смогла устроиться в Лас-Вегасе. Там Ольссон услышал Джордж Бёрнс; после дополнительного прослушивание он пригласил её на свое шоу. Уже тогда в девушке чувствовался недюжинный потенциал – в первую очередь, из-за её невероятного чувства стиля.
Всего за плечами Энн-Маргрет – около 80 ролей в художественных и телевизионных лентах. Всю жизнь она обожала мотоциклы, в 1960-х снималась в рекламе моделей Triumph. В возрасте 60 лет она сломала себе плечо и ребра, упав с мотоцикла на приличной скорости.
8 мая 1967 года Ульссон вышла замуж за Роджера Смита, который стал не только ее единственным мужем, но также менеджером и продюсером.