Родилась Ольга под Петербургом в 1882 году. Воспитывалась при дворе своего отца императора Александра III, а потом брата - Николая II. Её рождение было ознаменовано пушечным салютом Петропавловской крепости и по всей России. По совету тётушки, Александры Датской - королевы Великобритании, Ольгу воспитывала английская гувернантка Елизавета Франклин. Императорская фамилия находилась под угрозой атаки террористов, поэтому, по соображениям безопасности, Ольга воспитывалась в Гатчинском дворце
Ольга должна была выйти в свет летом 1899 года, но из-за смерти брата - Георгия Александровича, выход отложили на год. Ольга сохранила негативные воспоминания об этом событии. Как потом она призналась своему официальному биографу Яну Ворресу: «Я чувствовала себя выставленным в клетке на всеобщее обозрение зверьком». В 1901 году Ольга была назначена почётным командиром 12-го Ахтырского гусарского полка. Полк был известен победой над Наполеоном в Сражении под Кульмом, его члены носили особые коричневые доломаны.
27 июля 1901 года в Гатчинской дворцовой церкви состоялось её браковенчание с принцем Петром Александровичем Герцогом Ольденбургским (1868-1924). Брак был чрезвычайно неудачным: принц был гомосексуалистом. “Мы прожили с ним под одной крышей 15 лет, но так и не стали мужем и женой” - признавалась Ольга Александровна. Брак этот заключен был по двум причинам: послушание воле матери и нежелание покидать Россию.
27 августа 1916 года император Николай II утвердил определение святейшего синода, признававшее её брак с принцем Ольденбургским расторгнутым.
В Гатчине познакомилась с офицером Кирасирского полка Н. А. Куликовским, ставшим 4 ноября 1916 года её мужем и другом до конца дней.
Во время войн Ольга Александровна была сестрой милосердия и вместе со своим вторым мужем была на фронтах первой мировой... Великая княгиня была операционной сестрой, жила точно так же, как и другие сестры милосердия: в маленькой комнатке, - работала, не жалея себя
В.К. Ольга Александровна, полковник Николай Куликовский, вдовствующая императрица Мария Федоровна
В августе 1917 года в Крымском Ай-Тодоре у супругов родился первенец - сын Тихон. Императрица Мария Фёдоровна так написала об этом: «Временами, когда кажется, что уже невозможно всё это выносить, Господь посылает нам нечто вроде лучика света. Моя милая Ольга родила baby, маленького сына, который конечно же принёс в моё сердце такую неожиданную радость…»
Тихон и Гурий Куликовские, дети в.к. Ольги Александровны и Николая Куликовского.