Ольга Битюкова родилась в семье известного советского киноактёра Бориса Битюкова и актрисы Юлианы Бугаевой. Младшая сестра Ольги — Людмила. Первая роль кино — Варвара Кутейщикова в фильме «Москва — Кассиопея» (1973) (реж. Ричард Викторов).
После окончания школы предприняла попытку поступить во ВГИК, а после неудачи — в Институт культуры. Мечты об актёрской карьере пришлось на время оставить. Поработав в Ленинской библиотеке, Ольга получила приглашение на роль. Потом она работала в кино и параллельно выучилась на конструктора одежды, закончив Московский технологический институт легкой промышленности, а затем и ГИТИС (мастерская Леонида Топчиева).
В тяжёлые времена развала отечественного кинематографа работала дилером в одной из известных компаний. В конце 1990-х вернулась к актёрской профессии. Семья: муж — Владимир, плотник-краснодеревщик, строитель; сын — Федор (1987 г.р.), мотомеханик.
