Wielka Księżna Olga Nikołajewna przyszła na świat 15 października 1895 w Petersburgu (Imperium Rosyjskie, obecnie Rosja). Jako jedyna z rodzeństwa urodziła się w Carskim Siole. Była pierwszym dzieckiem cara Mikołaja II i carycy Alexandry Fiodorowny. 
Była wysoka, miała radosne, niebieskie oczy, nieco krótki nos i w pełni rosyjską twarz. Wybornie tańczyła i jeździła konno. Znana z zamiłowania do książek. Uważano ją za najzdolniejszą z sióstr. Olga była bardzo muzykalna, śpiewała mezzosopranem, potrafiła zagrać ze słuchu wszystko, co tylko usłyszała.
Olga była wielkoduszna i bardzo bezpośrednia, czasem nawet bywała zbyt otwarta, ale zawsze szczera. Miała wielki urok. Kiedy była w wieku szkolnym, jej nieszczęśliwi nauczyciele byli obiektem jej żartów.
Horror rewolucji w Rosji odcisnął na niej większe piętno, niż na pozostałych siostrach. Olga od tego czasu całkowicie się zmieniła, a jej jasna osobowość gdzieś zanikła. Gdy przewieziono carską rodzinę do Jekaterynburga, Olga domyślała się już w jakim niebezpieczeństwie znajduje się jej rodzina.
W nocy z 16 na 17 lipca 1918 roku Olga, razem z rodziną została rozstrzelana przez czekistów w domu kupca Ipatjewa w Jekaterynburgu (ZSRR, obecnie Rosja). W 2000 roku kościół prawosławny kanonizował całą ostatnią carską rodzinę.