Ольга Александровна Литвинова родилась 4 августа 1981 года.

Училась Ольга в Школе-студии МХАТ, где посещала курс О. Табакова и М. Лобанова.

В 2002 году, после окончания МХАТа, она была принята в труппу Художественного театра.

Еще учась в студии Ольга дебютировала на театральной сцене, она сыграла роль Сузи в спектакле «Мишин юбилей».

В 2006 году Ольга Литвинова сыграла небольшую роль в фильме «Нанкинский пейзаж», а также исполнила одну из главных ролей в фильме «Утиная охота». В последнем вместе с ней снялись Константин Хабенский, Елена Панова и Михаил Пореченков.

В 2009 году с ее участием вышли картины «Фонограмма страсти» и «Двойная пропажа», а в 2010 году – «На ощупь».

В 2012 году Ольга получила роль в сериале «Обнимая небо», выход которого запланирована на осень 2013 года.