Родилась 18 марта 1982 года в Калининграде, в семье актёров Калининградского областного драматического театра: заслуженного артиста Российской Федерации Альберта Альфонсовича Арнтгольца (род. 24 февраля 1937) и Валентины Михайловны Галич (род. 7 февраля 1947). Сестра-близнец — Татьяна Альбертовна Арнтгольц (род. 18 марта 1982), актриса. Ольга на двадцать минут моложе Татьяны. До девятого класса Ольга училась со своей сестрой Татьяной в обычной средней школе, а затем перевелась в театральный актёрский класс калининградского общеобразовательного лицея № 49 под руководством Бориса Иосифовича Бейненсона. В 2003 году вместе со своей сестрой Татьяной окончила Высшее театральное училище (институт) имени М. С. Щепкина при Государственном академическом Малом театре России в Москве (художественный руководитель курса — Валентин Николаевич Афонин. В 2009 году участвовала в телевизионном ледовом шоу «Первого канала» «Ледниковый период: Глобальное потепление. Суперфинал» в паре с фигуристом Максимом Стависким (заменила сестру Татьяну, которая из-за беременности прекратила участие в проекте).