Родилась 1 июня 1962 г. в Москве. Отец - Юрий Соломонович, работал в Научно-исследовательском институте автоматики и приборостроения (ныне Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н. А. Пилюгина). Мать - Валентина Григорьевна, заведовала рестораном "Черемушки" в Москве.
В 1984 г. Ольга Голодец окончила экономический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, в 1990 г. - аспирантуру НИИ труда Госкомтруда СССР.
Кандидат экономических наук. В 1991 г. в НИИ труда защитила диссертацию на тему "Пути улучшения использования трудового потенциала специалистов на предприятии".
В 1984-1997 гг. работала научным сотрудником в Центральной научно-исследовательской лаборатории трудовых ресурсов НИИ труда, а также в Институте проблем занятости Российской академии наук.
В 1997-1999 гг. - директор социальных программ некоммерческого фонда содействия реструктуризации угольной промышленности "Реформуголь", курировала создание новых рабочих мест. Фонд, созданный при участии российского правительства, Всемирного банка и Международного банка реконструкции и развития, занимался информационным обеспечением реформы угольной промышленности, мониторингом социальных последствий реструктуризации в угледобывающих регионах и др.
После ликвидации фонда с 1999 по 2001 г. была начальником управления социальной политики и персонала открытого акционерного общества (ОАО) "Горно-металлургическая компания "Норильский никель".
В 2001 г. занимала должность заместителя губернатора Таймырского (Долгано-Ненецкого) автономного округа по социальным вопросам. Главой округа в этот период был Александр Хлопонин.
С декабря 2001 г. по июль 2008 г. - заместитель генерального директора ОАО "ГМК "Норильский никель" по персоналу и социальной политике. Компанией в 2001-2007 гг. руководил Михаил Прохоров, в 2007-2008 гг. – Денис Морозов. В 2006 г., сохраняя должность в руководстве компании, Ольга Голодец одновременно возглавила негосударственный пенсионный фонд "Норильский никель".
С 2008 по 2010 г. - исполнительный директор группы компаний "Онэксим" Михаила Прохорова. Одновременно возглавляла совет директоров страховой компании "Согласие", входившей в структуру "Онэксим". В тот же период являлась президентом Общероссийского межотраслевого объединения работодателей - производителей никеля и драгоценных металлов.
В 2009-2010 гг. - член правления Российского союза промышленников и предпринимателей (президент РСПП – Александр Шохин). Была заместителем председателя комитета РСПП по рынку труда и кадровым стратегиям Михаила Прохорова.
Со 2 декабря 2010 г. по 21 мая 2012 г. - заместитель мэра Москвы Сергея Собянина. До 2011 г. курировала вопросы образования и здравоохранения, затем в сферу ее ответственности перешел весь социальный блок. Занималась, в частности, подготовкой проекта по слиянию и укрупнению школ и детских садов в столице.
С 21 мая 2012 г. по 21 января 2020 г. занимала пост заместителя председателя правительства РФ Дмитрия Медведева. В 2012-2018 гг. курировала здравоохранение, образование, культуру, демографическую политику, вопросы социального развития, включая вопросы оплаты труда, занятости, уровня жизни и доходов населения. С мая 2018 г. отвечала за вопросы культуры, спорта и туризма. 15 января 2020 г. второе правительство Дмитрия Медведева ушло в отставку, члены кабмина исполняли свои обязанности до 21 января. В состав нового правительства Михаила Мишустина Ольга Голодец не вошла.
С 11 февраля 2020 г. - заместитель председателя правления Сбербанка России.
8 мая 2022 г. против Ольги Голодец были введены санкции США.
Член попечительского совета Государственной Третьяковской галереи.
Была заместителем председателя Совета при президенте РФ по развитию физической культуры и спорта (2018-2020).
Также являлась членом Совета при президенте РФ по стратегическому развитию и национальным проектам, также входила в его президиум (2016-2020). Входила в Совет при президенте РФ по реализации приоритетных национальных проектов и демографической политике (2012-2016), Экономический совет при президенте РФ (2012-2018), Совет при президенте РФ по стратегическому развитию и приоритетным проектам (2016-2018).
Возглавляла Правительственную комиссию по делам несовершеннолетних и защите их прав (2012-2018), Комиссию по вопросам религиозных объединений при правительстве РФ (июнь-август 2012 г.), советы при правительстве РФ по вопросам попечительства в социальной сфере (2012-2018), по русскому языку (2013-2018), Правительственную комиссию по вопросам государственной культурной политики (2017-2020), Координационный совет по развитию туризма в Российской Федерации (2019-2020), Совет при правительстве РФ по развитию физической культуры и массового спорта (2019-2020).
Была координатором Российской трехсторонней комиссии по регулированию социально-трудовых отношений (2012-2018), председателем оргкомитета по подготовке российских спортсменов к Олимпийским и Паралимпийским играм (с 2018 г.).
Общая сумма декларированного годового дохода за 2018 г. составила 15 млн 736 тыс. руб. Владеет половиной дома площадью 220 кв. м в Швейцарии (куплена в 2007 г.), а также 1/3 квартиры площадью 250 кв. м в Италии (куплена в 2009 г.).
Награждена орденом Дружбы (2018), медалью П. А. Столыпина I степени (2018). Также имеет орден Святого Карла (Монако, 2015).
Разведена. Бывший супруг - Павел Брунович Мрдуляш (род. 1960), выпускник механико-математического факультета МГУ, ученый-математик. Дочери-близнецы (род. 1986): Анна Власова-Мрдуляш, преподаватель русского языка и литературы в школе, и Татьяна Мрдуляш, бывший заместитель генерального директора Третьяковской галереи по развитию, с 2021 г. - министр культуры Самарской области.