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 - и. о. ректора 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 гг. - 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.
Была членом совета директоров АО "Ленфильм".
Отмечена благодарностью президента РФ (2019) и Почетной грамотой правительства РФ (2024). Имеет орден Дружбы (Южная Осетия, 2024).