Родители Ольги Фадеевой были артистами балета, поэтому с ранних лет Ольга тоже хотела стать балериной. Однако её не приняли в хореографическое училище, и Ольга поступила в театральный лицей.
В середине 1990-х годов Ольга Фадеева поступила в Белорусскую Академию Искусств. В период учёбы она снялась в видеоклипах Александра Малинина «Надо жить» и Игоря Димарина «Мерилин Монро».
В годы учёбы режиссёр Борис Луценко пригласил Ольгу на главную женскую роль в спектакле театра имени Горького «Гамлет» (роль Офелии). Тогда и состоялся дебют Ольги Фадеевой на театральной сцене.
В 1999 году главный режиссёр Национального академического театра им. Янки Купалы Валерий Раевский пригласил Ольгу в театр в числе нескольких выпускников Академии Искусств. Так Ольга Фадеева стала работать в театре.
Первой работой актрисы в кино стала эпизодическая роль в фильме Маргариты Кысымовой «Зорка Венера» (2000 год). В том же году Ольга снялась в телесериале «Ускоренная помощь», который был создан по заказу ОРТ белорусской телекомпанией «ФИТ» (роль практикантки Маши). Фильм снимался в помещении 10-й городской клинической больницы. Затем были съёмки в телесериалах «Отель исполнения желаний» (Валентина Кузнецова) и «Закон» (Проводница).
Популярность актрисе принёс сериал «Солдаты», в котором она сыграла главную женскую роль, сержанта Ирину Пылееву, служащую в медицинской службе воинской части.
Жизненное кредо: Театр — это своего рода познание жизни.
Ольга Фадеева замужем за продюсером и постановщиком трюков Александром Самохваловым, в мае 2009 года родила от него сына.