Родился 6 сентября 1934 г. в Ленинграде в семье сотрудников НКВД. Его отец занимался охраной руководителей Ленинграда (ныне – Санкт-Петербург), мать работала официанткой в столовой НКВД.
В 1956 г. Олег Калугин окончил Институт иностранных языков Комитета государственной безопасности (КГБ) при Совете министров СССР (Ленинград), в 1958 г. - Высшую разведывательную школу №101 КГБ при Совете министров СССР (Московская обл.).
В 1955 г. получил первое офицерское звание - младший лейтенант, был аттестован в офицерский состав КГБ. Проходил оперативную практику в отделе контрразведки на транспорте Управления КГБ по Ленинграду и Ленинградской области.
В 1957-1990 гг. – член Коммунистической партии Советского Союза.
С августа 1958 г. служил оперуполномоченным 1-го (американского) отдела Первого главного управления (ПГУ, внешняя разведка) КГБ. С сентября 1958 г. по август 1959 г. находился в загранкомандировке в США, работал в резидентуре КГБ в Нью-Йорке. Официально въехал в США как студент филфака Ленинградского госуниверситета, направленный на учебу на факультет журналистики Колумбийского университета Нью-Йорка по программе студенческого обмена.
С июня 1960 г. вновь работал в резидентуре КГБ в Нью-Йорке под прикрытием должности корреспондента Московского радио. В марте 1964 г. был досрочно отозван в СССР из-за предательства в Женеве офицера КГБ Юрия Носенко. В Советском Союзе учился на курсах повышения квалификации разведывательной школы №101.
С июля 1965 г. по февраль 1970 г. был заместителем резидента ПГУ КГБ в Вашингтоне по линии политической разведки, действовал под прикрытием должности второго, затем первого секретаря посольства СССР в США.
С февраля 1970 г. по февраль 1973 г. служил в центральном аппарате ПГУ КГБ, был заместителем начальника Службы №2 (внешняя контрразведка, с 1974 г. – Управление "К") ПГУ КГБ при Совмине СССР.
С марта 1973 г. по 15 ноября 1979 г. - начальник Управления "К" ПГУ КГБ СССР. В 1974 г. ему было присвоено звание генерал-майора. В годы службы в КГБ был награжден орденами "Знак Почета" (1964), Красной Звезды (1967), Красного Знамени (1977).
С 1978 г. разрабатывался контрразведкой по подозрению в измене Родине. С февраля 1979 г. был переведен в действующий резерв КГБ.
В 1980-1987 гг. занимал должность первого заместителя начальника УКГБ по Ленинградской области.
В 1987-1988 гг. - заместитель начальника управления режима Академии наук СССР.
С 1988 по 1990 г. - начальник 1-го управления (безопасности) Министерства электронной промышленности СССР.
В феврале 1990 г. уволен в запас. 16 июня того же года выступил с критикой КГБ на конференции "Демократической платформы в КПСС", при этом никаких секретных или сенсационных фактов не сообщил. 29 июня указом президента СССР Михаила Горбачева по представлению председателя КГБ СССР Владимира Крючкова был лишен генеральского звания и государственных наград. После этого вышел из КПСС, участвовал в учредительном съезде движения "Демократическая Россия".
В 1990-1991 гг. – народный депутат СССР. Был избран 2 сентября 1990 г. на довыборах по Краснодарскому национально-территориальному округу №15 при поддержке движения "Демократическая Россия".
Осенью 1990 г. Олег Калугин совершил поездку в США. 31 августа 1991 г., вскоре после провала попытки госпереворота, Олег Калугин был восстановлен в звании, работал советником последнего председателя КГБ Вадима Бакатина.
В 1991-1992 гг. выступил с несколькими громкими заявлениями в СМИ. В частности, сообщил, что КГБ СССР использовало германский еженедельник "Шпигель" как канал для продвижения дезинформации. Также заявил об участии КГБ в подготовке в 1978 г. убийства болгарского диссидента Георгия Маркова в Лондоне. В феврале 1992 г. рассказал, что представители КГБ допрашивали американских военнопленных во Вьетнаме.
В 1995 г. переехал в США по контракту с компанией Intercon. До 1998 г. преподавал в Католическом университете Америки (Вашингтон), работал в частных фирмах, занимающихся вопросами безопасности.
В 1996 г. вышла компьютерная игра Spycraft: The Great Game, в разработке и продвижении которой Калугин участвовал вместе с бывшим директором ЦРУ Уильямом Колби.
В июне 2001 г. в суде штата Флорида дал показания против полковника армии США Джорджа Трофимоффа, обвиняемого в шпионаже в пользу СССР. Этот факт стал основанием для признания Олега Калугина виновным в государственной измене. 26 июня 2002 г. Московским городским судом он заочно был приговорен к 15 годам заключения в колонии строгого режима и вновь лишен звания генерал-майора КГБ и всех наград СССР.
В 2003 г. получил гражданство США. В настоящее является соучредителем и членом консультативного совета Международного музея шпионажа в Вашингтоне. Читает лекции в Национальном центре контрразведки и безопасности США, выступает как эксперт и публицист. Внимание! Статья находится в стадии наполнения.
Автор книг "Прощай, Лубянка!" (Москва, 1995), "Первое управление. Мои 32 года в разведке и шпионаже против Запада" (в соавторстве, на английском языке; Лондон, 1995).
Вдовец, две дочери. В 1954-2001 гг. был женат на Людмиле Калугиной (в девичестве – Ивановой).