В 1999 году Ольга Куриленко вышла замуж за французского фотографа Седрика ван Мола. Спустя два года их брак расспался.

С 2006 по 2007 год Ольга была замужем за американским предпринимателем Демианом Габриэллем.

В 2012 году Ольга Криленко начала встречаться с актером и режиссером Дэнни Хьюстон.