Народная артистка России Ольга Михайловна Остроумова родилась 21 сентября 1947 года в городе Бугуруслане Оренбургской области.

Детство Ольги Остроумовой прошло в Бугуруслане в маленьком доме недалеко от церкви, священником которой был ее дедушка. Отец Ольги был школьным учителем физики и регентом в церковном хоре. Кроме Ольги в семье Остроумовых было еще две дочери, Раиса и Людмила, и сын Георгий.

В 1966 году Остроумова стала студенткой Государственного института театрального искусства (ГИТИС) имени Луначарского (ныне Российский университет театрального искусства).

В 1970 году окончила обучение и была принята в труппу Московского театра юного зрителя, где играла в спектаклях "Мужчина семнадцати лет" (Варя), "Поздняя любовь" (Лебядкина), "Тень" (Юлия Джули).

В 1973-1983 годах Остроумова была актрисой Драматического театра на Малой Бронной, играла в спектаклях "Варвары" (Лидия), "Волки и овцы" (Глафира), "Лунин, или Смерть Жака" (Она), "Веранда в лесу" (Лида), "Лето и дым" (Роза Гонсалес).

В 1977 году была занята в спектакле "Здравствуйте, господин де Мопассан" в театре "Эрмитаж".

В 1983 году Ольга Остроумова начала работать в Театре имени Моссовета. Актриса играла в спектаклях "Вдовий пароход" (Анфиса), "Орнифль, или Сквозной ветерок" (Ариана), "Завтрак с неизвестными" (Маша), "У врат царства" (Элина Карено), "Мадам Бовари" (Эмма Бовари), "Учитель танцев" (Фелисьяна).

Актриса участвует в спектаклях текущего репертуара театра: "Не будите мадам" (Роза), "Серебряный век" (Клавдия Тарасовна), "Я, бабушка, Илико и Илларион" (Бабушка).

В кино Остроумова дебютировала в 1968 году в фильме режиссера Станислава Ростоцкого "Доживем до понедельника" (Рита Черкасова). Свою "звездную" роль в кино актриса сыграла в 1973 году в фильме Ростоцкого "А зори здесь тихие" (Женя Комелькова). Фильм получил всенародное признание и любовь, работа Остроумовой в фильме была высоко оценена и критиками.

В 1975 году вышел фильм "Любовь земная" (режиссер Евгений Матвеев), который стал новой удачей актрисы; успех закрепило продолжение – картина "Судьба" (1977). Оба фильма были отмечены высокими наградами: Золотой медалью им. А. Довженко (1978) и Госпремией СССР (1979).

Остроумова снималась во многих кино- и телефильмах: "Мартин Иден" (1976), "Когда-то в Калифорнии" (1976), "Гараж" (1979), "Мелочи жизни" (1980), "Тихие троечники" (1980), "Василий и Василиса" (1981), "Сестра моя Люся" (1985), "Прощальные гастроли" (1992), "Не валяй дурака" (1997), "Змеиный источник" (1997), "По ту сторону волков" (2002), "Адмиралъ" (2008) и др.

Народная артистка России (1993).

Лауреат Государственной премии СССР и премии имени Александра Довженко.

Член Союза кинематографистов и Союза театральных деятелей России.

Награждена орденом Почета (1998).

В 2008 году актриса была удостоена ордена "За заслуги перед Отечеством" IV степени.

Первым мужем актрисы стал сокурсник по ВГИКУ режиссер Борис Аннабердыев.

Вторым супругом Ольги Остроумовой был театральный режиссер и писатель Михаил Левитин. От этого брака у актрисы есть дочь Ольга (1975) и сын Михаил (1983).

В 1996 году Остроумова вышла замуж за актера Валентина Гафта.

У актрисы есть внуки Полина, Фаина и Захар.