Народилася 4 вересня 1990 року в місті Миколаїв.
Закінчила Миколаївське училище фізичної культури.
Чемпіонат Європи 2006 року – 2-ге місце у командних змаганнях.
Чемпіонат Європи 2007 року – 2-ге місце у командних змаганнях.
Власниця Кубка Світу 2007 року серед юніорів.
Чемпіонат світу 2007 року – 1-ше місце.
Чемпіонат світу 2008 року серед юніорів – 1-ше місце.
Чемпіонка XXIX Олімпійських ігор у Пекіні 2008 року. Українська команда у складі Ольги Харлан, Олени Хомрової, Ольги Жовнір та Галини Пундик у фінальній зустрічі змагань здолала господарок Олімпіади, збірну Китаю, з рахунком 45:44. При цьому українки змогли відіграти понад 10 очок програшу у ході поєдинку.
На шляху до фіналу українська команда розгромила збірну Росії з рахунком 45:34, а згодом у півфіналі перемогла сильну команду зі США (45:39), якій у підсумку дісталася бронза.
Визнана найкращою спортсменкою 2008 року в Україні.
Золота медаль чемпіонату Європи 2009 року. У фіналі перемогла росіянку Катерину Дяченко із рахунком 15:10.
Золота медаль чемпіонату світу 2009 року у командних змаганнях.
Срібна призерка чемпіонату світу 2009 року в індивідуальній першості.
Найкраща спортсменка 2009 року в Україні.
Срібний призер чемпіонату світу 2010 року в індивідуальній та командній першості.
У 2012 році на Олімпійських іграх у Лондоні поступилася у півфіналі росіянці Софії Великії, але у поєдинку за третє місце з американкою Маріель Загуніс виборола бронзову медаль. На чемпіонаті Європи з фехтування стала чемпіонкою Європи з індивідуальних змагань.
20 лютого 2016 року здобула золото на етапі Кубка світу з фехтування на шаблях у Бельгії, у вирішальній сутичці перемогла росіянку Яну Єгорян з рахунком 15:10.
Всього на чемпіонатах світу та Європи, починаючи з 2005 року, Ольга здобула понад 25 нагород, включаючи три титули чемпіонки світу в особистій першості (третій – 22 липня 2017 року у Лейпцигу) та п'ять титулів чемпіонки Європи в особистій першості.
10 грудня 2018 року Ольга виграла загальний залік Кубка світу з фехтування на шаблях 2017-18.
15 грудня 2019 року перемогла на етапі Кубка світу з фехтування у США.
2020 року Ольга Харлан стала прототипом для ляльки Барбі. Лялька-фехтувальник увійшла до серії Role Models, яку почали випускати у 2018. Харлан стала першою українкою, яка потрапила до цієї серії.
У 2020–21 роках вона вп'яте за свою кар'єру посіла перше місце у світі за жіночою шаблею.
У 2022 році в Анталії, Туреччина Харлан завоював командну бронзову медаль на чемпіонаті Європи з фехтування.
27 липня 2023-го Харлан у першому раунді чемпіонату світу перемогла росіянку Анну Смірнову, що виступала у "нейтральному" статусі. Українська спортсменка відмовилася тиснути руку суперниці, виставивши перед собою шаблю. Після цього Харлан була дискваліфікована через нібито "неспортивний жест". Ситуація викликала резонанс, і Харлан згодом скасували дискваліфікацію, а правило про рукостискання вирішили замінити на дистанційне вітання.
2 березня 2024 року Ольга Харлан виборола бронзову медаль на етапі Кубка світу з фехтування на шаблях.
29 липня 2024 року Ольга Харлан виборола бронзу на Олімпіаді у Парижі.
3 серпня 2024 року Ольга Харлан разом з Оленою Кравацькою, Аліною Комащук і Юлією Бакастовою здобула для української збірної першу золоту медаль паризької Олімпіади.
У 2010 році Ольга була обрана від Партії регіонів до міської ради Миколаєва. Через два роки від тієї ж політсили вона балотувалася на парламентських виборах. На момент виборів Ольга обіймала посаду спортсмена-інструктора штатної збірної команди з фехтування при Міністерстві з питань сім'ї, молоді та спорту.
Але її 194-й номер виявився непрохідним. Після Євромайдану спортсменка залишила фракцію «регіоналів» миколаївської міськради.
У 2014 році Харлан ще раз пробувала стати депутатом. На цей раз вона йшла в списку Партії зелених на виборах до Київської міської ради. Однак ця політсила не набрала прохідні три відсотки. Пізніше Ольга зізналася, що досвід в політиці у неї був гірким. Після цього спортсменка дала собі обіцянку у політику більше не лізти.
З 2014 по 2018 рік Ольга була одружена із шаблістом Дмитром Бойко, призером чемпіонатів світу.
У 2019 році вона почала зустрічатися з іншим шаблістом — італійцем Луїджі Самеле. Він триразовий чемпіон континентальної першості, а також призер кількох чемпіонатів світу та Олімпіади.
Орден князя Ярослава Мудрого IV ступеня (7 вересня 2023 року).
Орден князя Ярослава Мудрого V ступеня (23 серпня 2021 року).
Орден княгині Ольги I ступеня (7 березня 2018 року).
Орден княгині Ольги II ступеня (4 жовтня 2016 року).
Орден княгині Ольги III ступеня (4 березня 2016 року).
Орден "За заслуги" І ступеня (25 липня 2013 року).
Орден "За заслуги" II ступеня (15 серпня 2012 року).
Орден "За заслуги" III ступеня (4 вересня 2008 року).
Лауреат Премії Кабінету Міністрів України за особливі досягнення молоді у розбудові України (2009).
12.08.2024