Ольга Фадеева родилась 15 октября 1978 года в Минске. В детстве мечтала стать балериной, училась в лицее с театральным уклоном.
В 2000 году окончила Белорусскую академию искусств (БелАИ). На 3-ем курсе начинающая актриса сыграла Офелию в "Гамлете", поставленном в минском Русском театре имени М.Горького. После окончания БелАИ Ольга Фадеева работает в Национальном академическом театре имени Янки Купалы, где сыграла более десятка главных ролей. Среди ее работ - Гермия ("Сон в летнюю ночь", Настасья Евграфовна ("Село Степанчиково и его обитатели"), Фери ("Странная миссис Сэвидж") и др. Еще студенткой она снялась в видеоклипах режиссера Вл. Янковского на песню Александра Малинина "Надо жить" и в клипе Игоря Димарина "Мерилин Монро". В 2000 году актриса дебютировала в кино, сыграв эпизодическую роль в белорусской картине Маргариты Касымовой "Зорка Венера" ("Звезда Венера"). Затем она снималась в комедийном телесериале "Ускоренная помощь" (2000), фильме "Закон" (2002), но российскому зрителю Ольга Фадеева стала известна после роли сержанта медслужбы Ирины Пылеевой в телесериале Сергея Орланова "Солдаты" (2004-2005). Новой работой актрисы стал телесериал "Туристы" (2005).