Olga Kurylenko rođena je 14. studenog 1979. u Ukrajini. Njezin otac je Ukrajinac, a majka Ruskinja. S ocem nema gotovo nikakav kontaktod svoje treće godine, kad sujoj se roditelji razveli.

Već u dobi od 13 godina skauti su je otkrili kao veliki potencijal, pa se dvije godine kasnije iz Ukrajine preselila u Moskvu, gdje je počela graditi karijeru modela.

Sa 16 godina seli u Paris i potpisuje svoje prve velike ugovore, a do 18. godine je već krasila naslovnice nekih od najpopularnijih modnih magazina poput Ellea i Voguea .

Prvi glumački angažman imala je u spotu za veliki Sealov hit 'Love's Divine' , ali je ozbiljniju karijeru počela graditi nakon 2005., kada je krenula nizati zapaženije uloge.

Godina 2008. je označila prekretnicu u njezinu životu. Dobila je ulogu u filmu 'Zrno utjehe' iz ciklusa filmova o tajnom agentu Jamesu Bondu. Kao i svaka dama koja se upisala na listu Bondovih djevojaka" i Olga je automatski dobila na popularnosti i još većoj medijskoj pažnji.

Bila je udana za francuskog fotografa Cedrica van Mola od 2000. do 2004., a nakon toga se udala za poduzetnika Damiana Gabriellea , no ni taj brak nije bio dugog vijeka.S današnjim partnerom Maxom Benitzom ima 5-godišnjeg sina Alexandera Maxa Horatia.