Родилась в Москве в 1964 году. Окончила постановочный факультет Школы-Студии при МХАТ им. Чехова в 1985 году. После 4 курса начала работать в Московском театре „Сфера“ сначала реквизитором и художником-декоратором, а затем — художником-постановщиком.
С 2002 года стала совмещать работу в кино и в театре. Работала с режиссерами Борисом Хлебниковым, Натальей Мещаниновой, Любовь Мульменко, Оксаной Бычковой и многими другими.
Среди последних работ Ольги фильмы — „Аритмия“ (2017), „Снегирь“ (2023), „Фрау“ (2023), а также получившая в этом году широкое признание картина Бакура Бакурадзе „Лермонтов“. Известна также, как художник-постановщик в сериалах: „Шторм“, „Обычная женщина“.
Уже четвертый год Ольга Хлебникова преподает мастерство художника кино в Институте Кино и Телевидения в Москве, а также участвует в ежегодных выставках театральных художников Москвы „Итоги сезона“.