Родился 27 января 1929 г. в Саратове.

В 1951 г. окончил моторный факультет Московского авиационного института (ныне МАИ имеет статус национального исследовательского университета).

Доктор технических наук. В 1957 г. защитил кандидатскую диссертацию, посвященную разработке теории двухвальных газотурбинных двигателей, в 1966 г. - докторскую диссертацию по электрореактивным установкам и теплообмену в космосе. В 1981 г. был избран членом-корреспондентом Академии наук (АН) СССР, в 1990 г. - академиком АН СССР (ныне Российская академия наук, РАН). Затем являлся академиком РАН.

После окончания МАИ Олег Фаворский работал в Центральном институте авиационного моторостроения им. П. И. Баранова (ЦИАМ, Москва). Был инженером, старшим инженером, ведущим инженером, ведущим конструктором, начальником сектора и отдела. В 1971-1973 гг. - первый заместитель начальника ЦИАМ. Занимался теоретическими и экспериментальными исследованиями реактивных газотурбинных авиадвигателей, вел разработки по авиационным ядерным двигателям и космическим энергетическим установкам.
Одновременно с середины 1950-х гг. преподавал в Московском физико-техническом институте (ныне МФТИ имеет статус национального исследовательского университета). С 1969 г. был профессором МФТИ. Заведовал кафедрой "САПР авиационного двигателя" факультета аэромеханики и летательной техники (ФАЛТ), действовавшей в 1973-1987 гг. на базе ЦИАМ. В последние годы жизни был сотрудником кафедры газовой динамики, горения и теплообмена ФАЛТ МФТИ.
В 1973-1987 гг. - главный конструктор и генеральный директор Московского машиностроительного завода "Союз" (впоследствии Московское научно-производственное объединение "Союз", ныне Авиамоторный научно-технический комплекс "Союз"). Под руководством и при непосредственном участии Олега Фаворского было создано пять двигателей трех разных типов для самолетов и крылатых ракет, в том числе авиадвигатель для Як-38 вертикального взлета и посадки и малоразмерный турбореактивный двигатель (ТРД) для крылатых ракет, а также первый в мире длительно работающий газодинамический лазер мощностью 180 МВт.
С 1987 до 2004 г. занимал должность заместителя начальника, затем заместителя генерального директора ЦИАМ. Осуществлял научное руководство такими направлениями как "Экологическое совершенствование авиационных двигателей" и "Газотурбинные энергетические установки и конверсия достижений авиадвигателестроения в гражданские промышленности". После этого был советником гендиректора института по научной работе.
В 1990-х гг. Олег Фаворский начал заниматься газотурбинными двигателями для энергетики. Являлся членом научно-технического совета (НТС) "Газпрома", председателем НТС "Интер РАО ЕЭС".
С 1990 г. был заместителем академика-секретаря отделения физико-технических проблем энергетики (ОФТПЭ) АН СССР. В 1994-2002 гг. - академик-секретарь ОФТПЭ РАН.
С 2002 г. по октябрь 2022 г. - заместитель академика-секретаря отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления (ОЭММПУ) РАН, руководитель секции энергетики ОЭММПУ.
Являлся членом президиума, советником Российской академии наук, председателем научного совета по теплофизике и теплоэнергетике и совета по проблемам развития энергетики РАН, главным редактором журнала "Энергия: экономика, техника, экология" (издание РАН) и председателем редакционного совета журнала "Авиационные двигатели" (ЦИАМ).
24 июня 2022 г. Олег Фаворский скончался в Москве на 94-м году жизни. Похоронен на Ваганьковском кладбище.

Лауреат Ленинской премии 1982 г. (за создание малоразмерного ТРД для крылатых ракет), Государственной премии РФ 2000 г. в области науки и техники ("за разработку научных основ и внедрение комплекса технических решений по обеспечению надежности и безопасности мощных газотранспортных систем криолитозоны"), премии правительства РФ (2010), международной премии "Глобальная энергия" (2008, "за исследования в области прикладной газовой динамики, а также создание высокоэффективных двигателей и газоперекачивающих станций").
Был награжден орденами "Знак Почета", "За заслуги перед Отечеством" IV степени (1998), китайским орденом Дружбы (2017).

Заслуженный инженер России (2002). Почетный авиастроитель РФ (2003).

Автор и соавтор более 200 опубликованных научных работ и 7 монографий, а также 60 изобретений. Среди них - "Теплотехнические расчеты ядерных реакторов" (1960), "Справочник по свойствам газов при высоких температурах" (1964), "Основы теории космических электрореактивных двигательных установок" (1970), учебные пособия по космическим электрореактивным энергетическим установкам и теплообмену в космосе (1965-1970) и др.

Фаворский, Олег Николаевич