Родилась 14 ноября 1979 года, в городе Бердянск на Украине, в семье украинца и русской.
В детстве увлекалась балетом, фортепиано и иностранными языками.
Когда Ольге исполнилось тринадцать, она с матерью переехала в Москву. Случайная встреча с женщиной-модельным агентом стала судьбоносной. По совету агента, Ольга решила попробовать силы в модельном бизнесе, и поступила на курсы моделей.
Уже в 16 лет Куриленко переехала во Францию, в Париж, где подписала контракт с модельным агентством Madison.
Спустя еще 2 года, Ольге удалось попасть на обложку модного журнала Glamour. Это стало отправной точкой. Следующими журналами, украсившими свои обложки фотографиями Ольги, стали Elle и Vogue.
Куриленко стала лицом таких брендов, как Lejaby (белье), Bebe clothing (одежда), Helena Rubinstein (косметика) и Clarins (косметика).
В 1999 году Ольга вышла замуж за фотографа Седрика Ван Моля, с которым прожила около четырех лет. Второй брак, с Дамианом Габриэлем – сотрудником компании по продаже мобильных телефонов, тоже не удался. В конце 2007 года Ольга и Дамиан расстались.
Карьера Ольги в кино подробно отражена на странице Фильмография. Но стоит добавить, что на Бруклинском международном кинофестивале, в 2006 году, Ольга Куриленко признана лучшей актрисой, за главную роль в фильме L’Annulaire.