Родилась 10 апреля 1953 г. в Саратове в многодетной семье. Окончила физико-математическую школу.
В 1975 г. окончила Саратовский политехнический институт (ныне - Саратовский государственный технический университет имени Ю. А. Гагарина) по специальности "теплогазоснабжение и вентиляция" с присвоением квалификации "инженер-строитель". В 1991 г. получила диплом Поволжского социально-политического института (ныне - Поволжский институт управления имени П. А. Столыпина) по специальности "теория социально-политических отношений" с присвоением квалификации "политолог, преподаватель социально-политических дисциплин в высших и средних учебных заведениях". В 1998 г. окончила Саратовскую государственную академию права (ныне - Саратовская государственная юридическая академия) по специальности "юриспруденция".
Работала инженером в Саратовском государственном союзном проектном институте, затем мастером на Саратовском авиационном заводе.
С 1977 г. - инженер-теплотехник, инженер-конструктор на Саратовском заводе тяжелых зуборезных станков.
В 1981-1990 гг. - заведующая кабинетом политического просвещения завода им. В. И. Ленина, затем - секретарь парткома завода.
В 1990 г. была избрана заместителем председателя Заводского районного Совета народных депутатов Саратова.
Была одним из организаторов восстановления Коммунистической партии в Саратове.
С 1993 по 1994 г. - инженер СП "Риковтормаш", главный специалист Саратовского областного центра занятости населения, инспектор аппарата управления Заводского филиала акционерно-коммерческого банка "Экономбанк".
В 1994-1998 гг. — заместитель начальника отдела по работе с местными органами самоуправления Саратовской областной думы.
С марта 1998 г. по ноябрь 2002 г. была помощником депутата Государственной думы РФ II и III созывов Валерия Рашкина (на постоянной основе).
С 1998 г. - секретарь Саратовского областного комитета КПРФ. В 2000-2004 гг. - кандидат в члены ЦК КПРФ. С 2004 г. - член ЦК КПРФ.
В 2002 г. стала координатором Всероссийского женского союза "Надежда России" в Приволжском федеральном округе.
В 2002-2007 гг. - депутат Саратовской областной Думы III созыва, в 2007-2011 г. - депутат Саратовской облдумы IV созыва. Избиралась 3 ноября 2002 г. на дополнительных выборах по Заводскому одномандатному избирательному округу №2 и 2 декабря 2007 г. по списку КПРФ (третий номер в общей части списка). С 2007 по 2011 г. - заместитель председателя комитета по государственному строительству и местному самоуправлению.
В марте 2011 г. стала первым секретарем Саратовского областного комитета КПРФ.
В 2011-2016 гг. - депутат Государственной думы РФ VI созыва. 4 декабря 2011 г. избрана депутатом Госдумы по федеральному списку КПРФ, возглавляла региональную группу №59 по Саратовской области. Вошла во фракцию коммунистов, была членом комитета ГД по вопросам семьи, женщин и детей.
18 сентября 2016 г. участвовала в выборах в Госдуму РФ VII созыва по списку КПРФ по Балашовскому одномандатному округу №165, Саратовская область. Заняла второе место с результатом 14,04% после кандидата от "Единой России" Михаила Исаева (53,71%; в 2017 г. Михаил Исаев стал главой Саратова). Одновременно возглавляла список КПРФ на выборах в Саратовскую городскую думу. После выборов от мандата депутата городской думы отказалась.
C января по сентябрь 2017 г. работала помощником депутата Государственной думы РФ VII созыва Валерия Рашкина.
В единый день голосования 10 сентября 2017 г. принимала участие в выборах губернатора Саратовской области и депутатов Саратовской областной думы VI созыва. На выборах главы региона набрала 16,28% (была выдвинута КПРФ), заняв второе место после врио губернатора области Валерия Радаева (74,63%, баллотировался от "Единой России").
10 сентября 2017 г. была избрана в Саратовскую областную думу VI созыва по списку КПРФ (первый номер списка). 19 сентября того же года на первом заседании областной думы заняла пост заместителя председателя облдумы. Возглавила фракцию КПРФ. Стала членом трех комитетов: по государственному строительству и местному самоуправлению; по аграрным вопросам, земельным отношениям, экологии и природопользованию; по культуре, общественным отношениям и информационной политике.
9 сентября 2018 г. была избрана в Государственную думу РФ VII созыва от КПРФ на довыборах в Саратовском одномандатном округе №163 Саратовской области. Место в нижней палате стало вакантным в июне 2017 г. в связи со смертью депутата Госдумы от Саратовского округа Олега Грищенко ("Единая Россия"). На выборах Ольга Алимова получила 45,35% голосов. Второе место занял Дмитрий Пьяных от ЛДПР с результатом 16,01%.
19 сентября 2021 г. избрана депутатом Государственной думы РФ VIII созыва по списку партии КПРФ. Баллотировалась под первым номером в составе региональной группы №22 (Калининградская, Саратовская обл.) федерального списка партии.
11 сентября 2022 г. участвовала в выборах губернатора Саратовской области, баллотировалась от КПРФ. Заняла второе место с результатом 14,19%, уступив победу врио руководителя региона Роману Бусаргину ("Единая Россия", 72,55%).