Богомолец Ольга Вадимовна родилась 22 марта 1966 года в г. Киеве в семье врачей. Мать – Екатерина Олеговна Богомолец, профессор, руководитель кафедры патологической анатомии КНМУ им. Богомольца. Отец – Вадим Акимович Березовский, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой клинической патофизиологии Института физиологии им. А. Богомольца.
В 1989 году окончила Киевский медицинский институт им. А. А. Богомольца по специальности «Лечебное дело». С 1989 по 1991 год проходила клиническую ординатуру в Украинском государственном институте усовершенствования врачей.
В 1993 году прошла курс экологической дерматологии Пенсильванского медицинского университета (Филадельфия, США), окончила Институт дерматопатологии Бернарда Аккермана при Университете Томаса Джефферсона (Филадельфия, США, 1994 г.).
После возвращения основала Клинику лазерной медицины доктора Богомолец, известную сегодня как Институт дерматологии и косметологии доктора Ольги Богомолец.
В 2001 году окончила Национальный педагогический университет им. М. П. Драгоманова.
В 2003 году в Национальном медицинском университете им. А. А. Богомольца получила степень доктора медицинских наук по специальности «Кожные и венерические болезни».
С 2003 года по октябрь 2014 года – главный врач Института дерматологии и косметологии доктора Ольги Богомолец. С декабря 2004 года по октябрь 2005 года была личным врачом Президента Украины Виктора Ющенка.
В 2009 году организовала всеукраинский благотворительный Марафон здоровья, в рамках которого было осмотрено 61553 детей-сирот по всей Украине.
С 2009 года – организатор и координатор международной программы Европейской Академии Дерматологии «Евромеланома – День меланомы» в Украине.
В октябре 2014 года избрана народным депутатом Украины. Глава Комитета Верховной Рады по вопросам здравоохранения.