Olivia Mellegård startade spela handboll för Önnereds HK då hon var sex år gammal, och var tidigt framgångsrik. Hon blev uttagen i juniorlandslaget och var med och vann U17-EM 2013. Hon blev uttagen i turneringens All-Star Team. Det blev fler framgångar i ungdomslandslagen med brons i Ungdoms-OS 2014 och brons i U19-EM 2015. Hon spelade i elitserien för Önnered till våren 2015. Då ramlade klubben ur elitserien och Olivia Mellegård valde att gå till IK Sävehof. Efter en säsong med Sävehof fick Olivia Mellegård debutera i A-landslaget, mot Island 2016. Några månader senare mästerskapsdebuterade hon vid EM 2016 på hemmaplan. Efter säsongen 2018-2019 lämnade Mellegård Sävehof för en plats i danska ligan i København Håndbold. Innan starten för damehandboldsligaen hösten 2020 skadade Olivia Mellegård korsbandet i en träningsmatch.