Родилась 31 декабря 1980 г. в Москве. Ее отец - Борис Николаевич Любимов (род. 1947), театровед, с 1974 г. был преподавателем, с 1982 г. - заведующим кафедрой театроведения и театральной критики Государственного института театрального искусства (ГИТИС). В настоящее время - президент Высшего театрального училища им. М. С. Щепкина, заведующий кафедрой истории театра России Российского института театрального искусства - ГИТИС. Мать - внучка актера Василия Качалова Мария Шверубович (1949-2018), была актрисой театра "Современник".
В 2007 г. Ольга Любимова окончила факультет театральной журналистики Российской академии театрального искусства - ГИТИС по специальности "театровед". Ранее также училась на факультете журналистики МГУ им. М. В. Ломоносова.
В 1999-2000 гг., в период учебы на факультете журналистики МГУ, проходила практику на телеканалах "РЕН ТВ" и ТВЦ, радиостанциях "Наше радио", "Радио Рокс".
В 2000 г. была корреспондентом радиостанции "Европа плюс".
С 2001 г. работала на телевидении. В 2001-2002 гг. - корреспондент и шеф-редактор программы "Ортодокс" канала ТВЦ, в 2001-2003 гг. - корреспондент Третьего канала (программы "Итоги недели с Глебом Пьяных", "Главная тема", "Цена вопроса", "Дольче вита", "Выводы"), в 2002 г. - автор и шеф-редактор программы "Православный календарь" на телеканале "Россия", в 2003 г. - шеф-редактор программы "Регион" на Третьем канале.
В 2004-2005 гг. - шеф-редактор, продюсер программы "Русский взгляд" с Иваном Демидовым на Третьем канале. В 2006 г. - шеф-редактор ток-шоу "Русский взгляд" с Дмитрием Дюжевым и Еленой Писаревой (Третий канал).
В 2005 г. также была специальным корреспондентом программ "Выводы", "Город. Репортаж" Третьего канала, ведущей ток-шоу "Горожанка" на телеканале "Столица", продюсером ряда программ телеканала "Спас" ("И т. д.", "Фома", "Семинаристы" и др.), журналистом на проекте "Сердце Африки" ("Последний герой - 6", Первый канал).
В 2006 г. - автор специальных репортажей для трансляции церемонии схождения Благодатного огня (Иерусалим - Москва) на телеканале НТВ.
С 2006 по 2008 г. - шеф-редактор в дирекции телевизионных программ телерадиовещательной компании "Московия".
Была ведущей программ "Москва-2009" и "Город и люди" на телеканале "Столица".
В 2010-2011 гг. - руководитель итоговой информационно-аналитической программы "Контекст" на телеканале "Россия - Культура".
С 2011 по 2012 г. - старший продюсер документального кино программного департамента телеканала "ТВ-3".
Принимала участие в создании более 80 документальных фильмов, в том числе на телеканалах "Россия-1", "Россия - Культура", Первом канале. Автор сценариев документальных фильмов "Путь патриарха" (2009), "Чужая земля" (2013), "Война и мифы" (2014), "Никита Михалков" (2015, соавтор сценария) и др.
В 2015-2016 гг. - советник отдела государственной поддержки неигровых и анимационных фильмов департамента кинематографии Министерства культуры РФ. В частности, работала над проектом "100 фильмов для школьников".
С 2016 по 2018 г. - заместитель директора дирекции социальных и публицистических программ Первого канала. Руководила производством ток-шоу "Время покажет" и "Мужское/Женское".
С января 2018 г. по январь 2020 г. - директор департамента кинематографии Министерства культуры РФ.
С 21 января 2020 г. - министр культуры РФ в правительстве Михаила Мишустина. Сменила в должности Владимира Мединского. 14 мая 2024 г. вновь назначена на должность министра культуры. В Госдуме ее кандидатуру поддержали 357 депутатов из 448, против проголосовали 61 человек, воздержались - 13.
Ольга Любимова – заместитель председателя попечительского совета Федерального фонда социальной и экономической поддержки отечественной кинематографии (Фонд кино), член попечительского совета Фонда по сохранению и развитию Соловецкого архипелага, оргкомитета по подготовке и проведению международного музыкального конкурса "Инвервидение" (с февраля 2025 г.), наблюдательного совета Национального центра исторической памяти при президенте РФ (с апреля 2025 г.). Председатель общественного совета издательства "Просвещение" (с января 2022 г.).
Была членом совета директоров АО "Ленфильм".
Отмечена благодарностью президента РФ (2019) и Почетной грамотой правительства РФ (2024). Имеет орден Дружбы (Южная Осетия, 2024).