Родилась 22 марта 1966 года в г. Киеве в семье врачей. Мать - Екатерина Олеговна Березовская - врожденная Богомолец; отец - Вадим Акимович Березовский, доктор медицинских наук, профессор, заведующий Институтом физиологии.

В 1989 году закончила Киевский медицинский институт им. О. О. Богомольца за специальностью «Лечебное дело». С 1989 по 1991 год проходила клиническую ординатуру в Украинском государственном институте усовершенствования врачей.

В 1993-1994 годах училась в США в Пенсильванському медицинском университете и Институте дерматопатологии Бернарда Аккермана.

По возвращении основала клинику лазерной медицины доктора Богомолец, сегодня известную как Институт дерматологии и косметологии доктора Ольги Богомолец.

В 2001 году закончила Национальный педагогический университет им. М. П. Драгоманова. В 2003 году в Национальном медицинском университете им. О. О. Богомольца получила степень доктора медицинских наук за специальностью «Кожные и венерические болезни». Прошла курс экологической дерматологии Пенсильванского медицинского университета, Филадельфия, США (1993 год), закончила Институт дерматопатологии Бернарда Аккермана при университете Томаса Джефферсона, Филадельфия, США (1994 год).

С 2003 года к данному времени - главный врач Института дерматологии и косметологии доктора Ольги Богомолец. Из декабря 2004 года к октябрю 2005 года была личным врачом Президента Украины.

С 2006 по 2008 год Богомолец была депутатом Киевского городского совета, а также главой Комиссии по вопросам здравоохранения.

В начале 2007 года Ольга стала профессором кафедры дерматологии та венерологии в Киевском государственном университете имени О.О.Богомолец.

В конце 2008 года благодаря Богомолец Украина присоединилась к всемирной программе «Евромеланома», что позволяет в стране ежегодно проводить «Дни меланомы».

В 2010 году Ольга Богомолец записала два альбома «По лицю дощ» и «Гіацинтове сонце».

В 2014 году принимала активное участие в обеспечении медикаментами людей Евромайдана во время Еврореволюции в Украине.

В марте 2014 года Ольга Богомолец подала документы на выборы президента Украины.