Südame-veresoonkonna kaitsev toime on oliiviõli kõige rohkem uuritud tervisekasu. Suured uuringud nagu PREDIMED on näidanud olulisi tulemusi.
Oliiviõli monküllastumata rasvhapped (eriti oleushape) aitavad alandada LDL-kolesterooli ("halba" kolesterooli) ja tõsta HDL-kolesterooli ("head" kolesterooli) taset.
Polüfenoolid lisavad täiendava kaitsekihi: nad vähendavad oksüdatiivset stressi, põletikku ja veresoonte seinte kahjustusi. FDA soovitab igapäevast 2 supilusikat oliiviõli südametervise toetamiseks.