Ольга родилась в 1979 году в Бердянске. Снималась в фильмах "Хитман" с Тимоти Олифантом и "Париж, я люблю тебя", в эпизоде с Элайджей Вудом, где исполнила роль вампира. Также она сыграла главные роли в триллере Эрика Барбье "Змей" и фильме Дайан Бертран "Безымянный палец", за который она в 2006г. получила приз Бруклинского международного кинофестиваля в номинации "Лучшая актриса". Её последняя роль - в фильме "Тирания" режиссёра Джона Бека Хофмана.
На французском телевидении Куриленко, говорящая на нескольких языках, появлялась в минисериале "Подозреваемые" и в драме "Амулет".
За свою карьеру европейской топ-модели Куриленко поучаствовала во многих рекламных кампаниях, в том числе таких марок как "Kenzo", "Helena Rubenstein" и "Just Cavalli". Она снималась для обложек американского журнала "Glamour" и французских "Elle", "Madame Figaro" и "Marie Claire".
Замужем во второй раз. По сведениям СМИ, муж - американский бизнесмен.