Родилась в музыкальной семье: мать — пианистка, отец — профессиональный певец, бабушка происходила из обедневших смоленских дворян. Пела с детства, хотела стать драматической артисткой.
В 1943 окончила школу и поступила во ВГИК, в мастерскую В. Ванина. Затем перешла в Оперную студию в Сокольниках на эстрадное отделение.
В 1947 — первые выступления на сцене Центрального клуба милиции, затем в вокальной группе Оркестра народных инструментов Московской областной филармонии.
С 1956 — солистка Мосэстрады. Прекрасная, "медальная" внешность, богатое обертонами грудное меццо-сопрано, голос широкого диапазона от нежного пианиссимо до сильного форте способствовали успеху. Воронец много выступала за границей — в Дании, Голландии, Египте, Южной Америке и т. д. В те годы она исполняла легкие эстрадные песни советских композиторов и была далека от народного творчества. На одном из концертов она познакомилась с трио баянистов (А. Кузнецов, Я. Попков, А. Данилов), и тем удалось уговорить ее попробовать свои силы в русской народной песне.
В 1956 на Международном фольклорном фестивале во Франции русская народная песня «Калинка» в исполнении Воронец пользовалась таким успехом, что певицу так и прозвали Ольга-Калинка.
С 1960-х Воронец стала появляться на телевидении, звучать по радио, выступать на центральных эстрадных площадках. Она активно работает с Государственным русским народным оркестром им. Осипова. Композиторы Г. Пономаренко, О. Фельцман, Е. Птичкин, В. Мурадели, В.Н. Городовская и другие писали песни специально для неё.
Манера исполнения певицы - очень проникновенная, трогательная. Наиболее ярко талант певицы раскрывается в песнях «Ехал на ярмарку ухарь-купец», «Мой костер», «То не ветер ветку клонит», «Хаз-Булат удалой», «По муромской дорожке», «Живёт моя красотка», «Гляжу в озёра синие», «Деревенька моя», а также в лирических — «Сладка ягода», «Ромашки спрятались», «А где мне взять такую песню» и др.
В фильме "Имитатор" (1990) главный герой спел "Я земля, я своих провожаю питомцев" голосом Ольги Воронец, т.к. она спела специально для фильма.