Olivia Pagani obtient en 1985 un diplôme de médecin de l’Université de Milan, complété en 1988 par un titre de spécialiste en oncologie médicale. Elle rejoint ensuite l’Institut d’oncologie de Suisse méridionale, à Bellinzone où elle dirige le Centre du sein de 2013 à 2019. Elle y est également en charge de la Clinique pour la prédisposition aux cancers et sujets à haut risque de 2002 à 2019. Olivia Pagani centre ses travaux de recherche sur le cancer du sein chez les femmes jeunes et sur le cancer du sein avancé. Elle a dirigé le réseau du Groupe suisse de recherche clinique sur le cancer du sein et est à la tête du projet «Grossesse après un cancer du sein» du Groupe Coopérative International du recherche cancer du sein (IBCSG).

Très impliquée dans les sociétés savantes internationales de sa spécialité, Olivia Pagani est membre de la Société européenne des spécialistes du cancer du sein (EUSOMA). Elle est également membre de la Société européenne d’oncologie médicale. En 2017, elle est nommée professeure titulaire au Département de médecine interne des spécialités (devenu en 2019 le Département de médecine) de la Faculté de médecine de l’UNIGE et médecin-consultante au Département d’oncologie des HUG. Elle prend sa retraite en septembre 2023.