Родилась 23 января 1990 г. в Челябинске.
Выпускница Уральского государственного университета физической культуры (Челябинск).
Ольга Фаткулина начала заниматься конькобежным спортом в девять лет в родном городе в Спортивной школе олимпийского резерва им. Лидии Скобликовой. Ее первым тренером стала Светлана Журавлева.
В 2006 г. Ольга Фаткулина выиграла открытое первенство Челябинской области по конькобежному спорту среди девушек на дистанции 500 м.
В 2007 г. в Челябинске в рамках III зимней Спартакиады учащихся России завоевала четыре золота в различных видах конькобежной программы.
В 2008 г. в Чанчуне (Китай) заняла третье место на молодежном чемпионате мира на дистанции 1000 м. В 2009 г. в Закопане (Польша), также на ЧМ, завоевала три медали: золотую - в забеге на 500 м, бронзовые - в забегах на 1000 м и 1500 м.
В 2013 г. в Сочи (Краснодарский край) на чемпионате мира на отдельных дистанциях победила в забеге на 1000 м, а также стала третьей в забеге на 500 м. В дальнейшем на мировых первенствах завоевала две серебряные (2020, Солт-Лейк-Сити, шт. Юта, США - командный спринт, 1000 м) и три бронзовые награды (2019, Инцелль, Германия - командный спринт; 2020, Солт-Лейк-Сити - 500 м; 2021, Херенвен, Нидерланды - 500 м).
В феврале 2014 г. на XXII зимних Олимпийских играх в Сочи Ольга Фаткулина заняла второе место на дистанции 500 м. В ноябре 2017 г. Международный олимпийский комитет (МОК) признал ее виновной в нарушении антидопинговых правил и лишил серебряной медали Игр 2014 г. Спортсменка подала апелляцию в Спортивный арбитражный суд в Лозанне (Швейцария). В феврале 2018 г. его решением апелляция была удовлетворена в связи с отсутствием факта нарушения антидопинговых правил. Результат конькобежки на сочинских Играх восстановили, однако МОК не прислал ей приглашение на XXIII зимние Игры в Пхёнчхане (Республика Корея). В связи с этим спортсменка была вынуждена их пропустить.
В 2017 г. в Херенвене Ольга Фаткулина заняла третье место в спринтерском многоборье на чемпионате Европы. В 2019 г. в Коллальбо (Италия) повторила этот результат.
В 2018 г. в Коломне (Московская область) на чемпионате Европы на отдельных дистанциях завоевала золото в командном спринте. В 2020 г. на этих же соревнованиях в Херенвене вновь первенствовала в командном спринте, а также выиграла забег на 500 м.
В 2018 г. в Чанчуне и в 2020 г. в Хамаре (Норвегия) Ольга Фаткулина становилась бронзовым призером чемпионата мира в спринтерском многоборье.
4 февраля 2022 г. Ольга Фаткулина и хоккеист Вадим Шипачев выступят в качестве знаменосцев команды Олимпийского комитета России на открытии XXIV зимней Олимпиады в Пекине (Китай).
Многократная победительница и призер чемпионатов России в разных видах программы. На внутренних соревнованиях представляет Всероссийское физкультурно-спортивное общество "Динамо".
Старший лейтенант Росгвардии.
Заслуженный мастер спорта РФ (2013).
Ольга Фаткулина награждена медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" I степени (2014).