Родилась 1 июня 1962 г. в Москве.
В 1984 г. окончила экономический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, в 1990 г. - аспирантуру Научно-исследовательского института (НИИ) труда Госкомтруда СССР.
Кандидат экономических наук. В 1991 г. в НИИ труда защитила диссертацию на тему "Пути улучшения использования трудового потенциала специалистов на предприятии".
В 1984-1997 гг. работала научным сотрудником в Центральной научно-исследовательской лаборатории трудовых ресурсов НИИ труда, а также в Институте проблем занятости Российской академии наук.
В 1997-1999 гг. - директор социальных программ некоммерческого фонда содействия реструктуризации угольной промышленности "Реформуголь", созданного при участии российского правительства, Всемирного банка и Международного банка реконструкции и развития. В функции фонда входило информационное обеспечение реформы угольной промышленности, мониторинг социальных последствий реструктуризации в угледобывающих регионах и др.
С 1999 г. по 2001 г. - начальник управления социальной политики и персонала открытого акционерного общества (ОАО) "Горно-металлургическая компания "Норильский никель".
В 2001 г. занимала должность заместителя губернатора Таймырского (Долгано-Ненецкого) автономного округа по социальным вопросам. Главой округа в этот период был Александр Хлопонин (ныне – вице-премьер правительства РФ).
С декабря 2001 г. по июль 2008 г. - заместитель генерального директора ОАО "ГМК "Норильский никель" по персоналу и социальной политике. Компанией в 2001-2007 гг. руководил Михаил Прохоров, в 2007-2008 гг. – Денис Морозов. В 2006 г., сохраняя должность в руководстве компании, Ольга Голодец одновременно возглавила негосударственный пенсионный фонд "Норильский никель".
С 2008 по 2010 гг. - исполнительный директор группы компаний "Онэксим" Михаила Прохорова. Одновременно возглавляла совет директоров страховой компании "Согласие", входившей в структуру "Онэксим". В тот же период являлась президентом Общероссийского межотраслевого объединения работодателей - производителей никеля и драгоценных металлов.
В 2009-2010 гг. - член правления Российского союза промышленников и предпринимателей (президент РСПП – Александр Шохин).
С 2 декабря 2010 г. по 21 мая 2012 г. - заместитель мэра Москвы в правительстве Москвы по вопросам образования и здравоохранения (должность мэра в это время занимал Сергей Собянин).
С 21 мая 2012 г. - заместитель председателя правительства РФ Дмитрия Медведева. В 2012-2018 гг. курировала здравоохранение, образование, культуру, демографическую политику, вопросы социального развития, включая вопросы оплаты труда, занятости, уровня жизни и доходов населения. С мая 2018 г. в сферу ее ответственности входят вопросы культуры, спорта и туризма.
Заместитель председателя Совета при президенте РФ по развитию физической культуры и спорта (с 18 июля 2018 г.).
Член Совета при президенте РФ по стратегическому развитию и национальным проектам, также входит в его президиум (с июня 2016 г.).
Председатель оргкомитета по подготовке российских спортсменов к Олимпийским и Паралимпийским играм (с 2018 г.).
Председатель попечительского совета Государственной Третьяковской галереи.
Была координатором Российской трехсторонней комиссии по регулированию социально-трудовых отношений (2012-2018).
Возглавляет Правительственную комиссию по делам несовершеннолетних и защите их прав (с июня 2012 г.), советы при правительстве РФ по вопросам попечительства в социальной сфере (с октября 2012 г.) и по русскому языку (с ноября 2013 г.).
Была членом Совета при президенте РФ по реализации приоритетных национальных проектов и демографической политике (2012-2016), Экономического совета при президенте РФ (2012-2018), Совета при президенте РФ по стратегическому развитию и приоритетным проектам (2016-2018), председателем Комиссии по вопросам религиозных объединений при правительстве РФ (июнь-август 2012 г.).
Общая сумма декларированного годового дохода за 2013 г. составила 8 млн 424 тыс. руб.
Согласно декларации о доходах и расходах, в 2014 г. заработала 14 млн 936 тыс. руб.
Общая сумма декларированного годового дохода за 2015 г. составила 23 млн 167 тыс. руб.
Общая сумма декларированного годового дохода за 2016 г. составила 15 млн 627 тыс. руб. Владеет половиной дома площадью 220 кв. м в Швейцарии, а также 1/3 квартиры площадью 250 кв. м в Италии.
Общая сумма декларированного годового дохода за 2017 г. составила 11 млн 463 тыс. руб. Владеет половиной дома площадью 220 кв. м в Швейцарии, а также 1/3 квартиры площадью 250 кв. м в Италии.
Общая сумма декларированного годового дохода за 2018 г. составила 15 млн 736 тыс. руб. Владеет половиной дома площадью 220 кв. м в Швейцарии, а также 1/3 квартиры площадью 250 кв. м в Италии.
Разведена. Бывший супруг - Павел Брунович Мрдуляш (род. 1960), директор Федерального ресурсного центра по организации подготовки управленческих кадров при Министерстве экономического развития и торговли РФ. Две дочери: Анна Власова-Мрдуляш (род. 1986) и Татьяна Мрдуляш (род. 1986), заместитель генерального директора Третьяковской галереи по развитию. Младшая сестра – Татьяна Голодец (род. 1969), член правления, вице-президент "Банка Москвы".
Дядя – советский футболист, тренер футбольного клуба "Динамо" в 1995-1998 гг. Адамас Соломонович Голодец (1933-2006).