Etter cand.med. 1992 studerte hun benmargskreft i tre år med NTNF doktorgradsstipend ved i San Jose, California, USA, hvorfra hun i 1997 returnerte for turnus ved sentralsykehuset i Buskerud. Olweus disputerte til dr.med. i 1998 ved Avdeling for patologi ved Universitetet i Bergen på avhandlingen , som viste blant annet at stamceller i benmargen i tidlige modningstrinn kan renses. Hun ble spesialist i immunologi og transfusjonsmedisin i 2006. I 2007 ble hun seksjonsoverlege ved Immunologisk institutt ved Rikshospitalet-Radiumhospitalet og president i Norsk selskap for immunologi. I 2008 ble hun ny forskningssjef for Radiumhospitalet. I tillegg er hun professor II ved institutt for klinisk medisin ved Det medisinske fakultetved Universitetet i Oslo (UiO). Hennes forskergruppe ved UiO (Olweusgruppen) vant i 2011 vant Idéprisen på kroner 100 000 for å ha laget nytt reagens med stort potensial innen immunterapi for kreft, infeksjoner og autoimmune sykdommer.