Родился 14 марта 1932 г. в Москве.
В 1955 г. окончил физический факультет Московского государственного университета (МГУ) им. М. В. Ломоносова.
Доктор физико-математических наук (1967; в 1962 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему "Отрицательное поглощение при непрямых переходах в полупроводниках").
В декабре 1991 г. Олег Крохин был избран членом-корреспондентом, в 2000 г. - академиком Российской академии наук (РАН).
После окончания МГУ был распределен в образованный в апреле 1955 г. на Урале оружейный ядерный центр - Научно-исследовательский институт № 1011 Минсредмаша СССР (ныне Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е. И. Забабахина Росатома; г. Снежинск, Челябинская обл.). Работал в НИИ-1011 инженером, старшим инженером.
В 1959 г. вернулся в Москву и стал сотрудником Физического института им. П. Н. Лебедева Академии наук СССР (ныне Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, ФИАН). Занимал должности младшего, затем старшего научного сотрудника, заведующего сектором. В 1972 г. был назначен заместителем директора института.
Параллельно с 1985 г. начал преподавать в Московском инженерно-физическом институте (ныне Национальный исследовательский ядерный университет, НИЯУ, "МИФИ").
С 1994 по 2004 г. - директор Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (сменил на этом посту академика Леонида Келдыша).
В 2004-2010 гг. был руководителем Отделения квантовой радиофизики им. Н. Г. Басова в ФИАН, с 2011 г. - главным научным сотрудником института. Одновременно некоторое время являлся заместителем директора ФИАН.
С 2004 г. по январь 2019 г. - советник РАН.
В последние годы жизни занимал в ФИАН должность высококвалифицированного главного научного сотрудника сектора теории взаимодействия излучения с веществом, являлся руководителем Международного учебно-научного центра "Фундаментальная оптика и спектроскопия", членом ученого и диссертационного советов института.
Был членом бюро Отделения физических наук РАН (секция общей физики и астрономии). Входил в состав президиума Троицкого научного центра РАН (ранее был заместителем председателя центра).
Являлся научным руководителем Высшей школы физиков им. Н. Г. Басова, действующей в структуре Инженерно-физического института биомедицины (ИФИБ) МИФИ при участии ФИАН. С декабря 2013 г. заведовал кафедрой полупроводниковой квантовой электроники и биофотоники ИФИБ МИФИ. Был профессором НИЯУ "МИФИ".
Был главным редактором журналов "Физическое образование в вузах", "Квантовая электроника", "Краткие сообщения по физике", Journal of Russian Laser Research (Москва).
Олег Крохин скончался 20 декабря 2022 г. на 91-м году жизни.
Академик Крохин был специалистом в области физики плазмы и лазеров, термоядерного синтеза, квантовой электроники и др. Он обосновал возможность создания инжекционного полупроводникового лазера (1961, совм. с физиками Николаем Басовым и Юрием Поповым). Совместно с Басовым в 1963 г. создал новое направление в физике термоядерного синтеза - лазерное. Разработал основы физики взаимодействия мощного лазерного излучения с сильно поглощающими средами и плазмой. Предложил новый тип фотодиссоционного лазера (1966). Провел исследования по воздействию лазерного излучения на ткани желудка, послужившие основой для разработки методов остановки желудочных кровотечений с применением эндоскопической техники (1976, совм. с врачом-хирургом Юрием Панцыревым).
Являлся автором более 270 научных работ и трех монографий. Среди них - "Генерация, усиление и детекция инфракрасного и оптического излучения квантовыми системами" (1960), "Получение состояний с отрицательной температурой в p-n переходах вырожденных полупроводников" (1961), "Условия разогрева плазмы излучением оптического квантового генератора" (1963-1964), "Лазеры в исследовании высокотемпературных и плазменных явлений" (1971) и др.
Был награжден орденами Трудового Красного Знамени (1971), "Знак Почета" (1976), орденом "За заслуги перед Отечеством" III (2008) и IV (1999) степеней.
Лауреат Ленинской премии (1964), Государственной премии СССР (1982), премии президента РФ в области образования за 2000 год (за создание и реализацию проекта "Высшая школа физиков МИФИ - ФИАН"), Демидовской премии (2005).
Командор ордена "Заслуг перед Республикой Польша" (2001).
Был удостоен Золотой медали имени Н. Г. Басова РАН (2010, за цикл работ "Физические основы лазерного термоядерного синтеза").
Почетный гражданин г. Троицка (2003).