Принцесса Ольга была старшей дочерью греческого принца Николая и его жены Елены Владимировны. Она родилась в королевской резиденции Татои через год после свадьбы родителей. Через некоторое время у Ольги появились две младшие сестры — Елизавета и Марина. Все трое в будущем прославились редкой красотой.
В 1917 году после отречения короля Греции Константина семья принца Николая также покинула страну, переехав в Швейцарию, а затем во Францию.
22 октября 1923 года принцесса Ольга вышла замуж за брата короля Югославии Павла Карагеоргиевича. Церемония бракосочетания проходила в Белграде. Через десять месяцев у супругов родился сын, которого назвали Александр. В 1928 году появился на свет их второй ребёнок — принц Николай. А через восемь лет — дочь Елизавета.
В 1934 году князь Павел стал регентом при малолетнем короле Югославии Петре II. Он правил страной до подписания Тройственного пакта со странами оси 25 марта 1941 года в Вене. Это решение вызвало бурные протесты в Белграде и, при поддержке про-британски настроенных политиков и офицеров, Пётр II был провозглашён полноправным правителем. После вторжения гитлеровских войск Павел с семьей эмигрировал сначала в Грецию, затем — в Египет. Вскоре британские войска перевели его под домашний арест в Найроби. Ольга последовала за мужем. В 1943 году из-за проблем Павла со здоровьем им разрешили переехать в Йоханнесбург. В 1947 году во время государственного визита короля Георга VI в Южную Африку состоялось примирение изганников с британским двором. В 1948 году, получив новые документы, семья прибыла в Швейцарию.
В 1954 году в автомобильной аварии недалеко от Виндзора погиб младший сын Ольги, Николай. А в январе 1955 умерла от рака её сестра Елизавета. Спустя месяц старший сын, Александр, женился на Марие Пие Савойской. В 1958 году родился их первенец, принц Димитрий.
Ольга и Павел подолгу жили в Париже.
В 1976 году в возрасте восьмидесяти трёх лет умер муж Ольги Павел Карагеоргиевич. Вместе они прожили более полувека. Брак оказался счастливым и гармоничным.
Принцесса Ольга скончалась в 1997 году от болезни Альцгеймера. Ей было 94. Она похоронена рядом с мужем на кладбище Буа-де-Во в Лозанне.
Принцесса Ольга с родителями и сёстрами
Принцесса Ольга (слева) с сёстрами
Павел Карагеогиевич и принцесса Ольга на встрече с Германом Герингом и его женой Эмми
Муж Ольги - Павел Карагеоргиевич