Olga Konstantionovna Kurylenko uzrela prvý raz svetlo sveta 14. novembra 1979 v ukrajinskom mestečku Berdjansk, vo vtedajšom Sovietskom zväze. Vyrastala v neúplnej rodine s matkou Marinou a babičkou Raisou, po tom čo sa rodičia krátko po jej narodení rozviedli. V detstve žila vo veľmi skromných podmienkach, keď sa spolu so šiestimi dospelými a niekoľkými ďalšími deťmi musela tlačiť vo štvorizbovom byte.
V šestnástich urobila presťahovaním sa do Paríža ďalší krok dopredu v kariére. Aj vďaka jej výške (175 cm) nemala s nedostatkom pracovných príležitostí problém. Vrcholom jej pôsobenia v modelingu možno brať skutočnosť, že sa objavila na obálkach renomovaných časopisov ako Glamour, Elle, Madame Figaro, Marie Claire, či francúzskej verzie Vogue. Okrem toho sa stala reklamnou tvárou výrobcu dámskej spodnej bielizne Lejaby.
Rok 1999 jej priniesol svadbu s francúzskym fotografom Cedricom van Molom, no ich manželský zväzok vydržal iba dva roky. Svadbou však získala francúzsky pas a tým možnosť kedykoľvek vycestovať do západnej Európy a USA, ktorú naplno využila. Predvádzacie móla vymenila za filmové štúdiá a v roku 2005 debutovala úlohou krásky Iris vo francúzsko-nemeckom filme režisérky Diane Bertrand „L'Annulaire“.
Snímky, v ktorých Olga účinkovala v nasledujúcom období, sa často vyznačovali veľkou dávkou vášne a nábojom erotiky. Vďaka tomu, že s nahotou nikdy nemala problém, priťahovala neustále pozornosť mužskej časti obecenstva. V roku 2006 bola pracovne pomerne vyťažená, keď sa stihla objaviť v thrilleri „Le Serpent“, dráme „Le Porte-bonheur “, či romantickom projekte „Paris, je t'aime“.