Родился 7 февраля 1977 г. в г. Копейск Челябинской области.
В 1998 г. окончил бакалавриат Нижегородского государственного технического университета (с 2007 г. - им. Р. Е. Алексеева) по специальности "менеджмент", в 2000 г. - Государственный университет "Высшая школа экономики" (ныне – одноименный Национальный исследовательский университет) по специальности "экономическая теория". В том же году окончил магистерскую программу экономического факультета Университета Эразмус (Роттердам, Нидерланды). В 2002 г. прошел курс повышения квалификации в Академии народного хозяйства при правительстве РФ (ныне - Российская академия народного хозяйства и государственной службы при президенте РФ).
В 1999-2000 гг. - ведущий специалист сводно-аналитического отдела департамента реформы предприятий Министерства экономики РФ.
В 2000 г. - эксперт некоммерческой организации "Центр стратегических разработок". В этот период ЦСР занимался разработкой стратегии социально-экономического развития РФ на период до 2010 г. Президентом Центра был Дмитрий Мезенцев (ныне - член Совета Федерации РФ), совет ЦСР возглавлял Герман Греф (ныне - глава ПАО "Сбербанк России").
С 2000 по 2004 г. - заместитель начальника, начальник сводного отдела экономического развития, и.о. руководителя департамента программ развития экономики, заместитель руководителя департамента программ развития экономики и сотрудничества с международными финансовыми организациями Министерства экономического развития РФ.
В 2004 - 2006 гг. - научный сотрудник Академии народного хозяйства при правительстве РФ.
С 2004 по 2006 г. - директор по развитию Центр стратегических разработок (президент Центра - Михаил Дмитриев).
С 2006 по 2008 гг. — директор департамента экономической политики и конкурентоспособности Российского союза промышленников и предпринимателей (глава – бывший вице-премьер Александр Шохин).
В 2008 г. — помощник министра экономического развития и торговли РФ Эльвиры Набиуллиной.
В 2008-2012 гг. — директор департамента стратегического управления (программ) и бюджетирования Министерства экономического развития РФ.
С 12 ноября 2010 г. по 7 июля 2012 г. - заместитель министра экономического развития РФ Эльвиры Набиуллиной.
С 7 июля 2012 г. по 16 августа 2018 г. - статс-секретарь - заместитель министра экономического развития РФ. Ведомство в этот период возглавляли Андрей Белоусов, затем с июня 2013 г. - Алексей Улюкаев, с ноября 2016 г. - Максим Орешкин. Олег Фомичев курировал в ведомстве работу департаментов стратегического развития и инноваций; социального развития; развития малого и среднего предпринимательства и конкуренции; развития секторов экономики, а также правового департамента.
20 августа 2018 г. Олег Фомичев заявил, что переходит в работать в компанию "Ренова" на должность директора по стратегическому развитию.
Член совета директоров Управляющей компании "Роснано" (с 2014 г.), ОАО "Росспиртпром" (с 2015 г.).
Cумма декларированного дохода за 2016 г. составила 8 млн 670 тыс. руб., у супруги Фомичева, согласно декларации, доходов не было.
Действительный государственный советник РФ I класса (2015).
Награжден орденом Почета (2011), медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2018).
Женат. Имеет двоих детей.