Великая княжна Ольга Николаевна родилась 3 ноября 1895 года, через год после свадьбы императора Николая II и императрицы Александры Феодоровны. Она была первым ребёнком в семье; следом родились Татиана, Мария и Анастасия, а в 1904 году — долгожданный наследник Алексей, у которого вскоре обнаружили гемофилию.

Воспитание детей в этой семье с самого начала было проникнуто духом православной веры: богослужения по воскресеньям и праздникам, говение в посты были не парадной традицией, а обычным укладом. Когда началась Первая мировая война, императрица Александра Феодоровна окончила курсы сестёр милосердия и по несколько часов в день ухаживала за ранеными в царскосельском лазарете. Вместе с ней там работали две старшие дочери — Ольга и Татиана.

После отречения императора семью почти пять месяцев держали под арестом в Царском Селе. Дни шли размеренно — богослужения, общие трапезы, прогулки, чтение, — но со стеснениями: государю велели жить отдельно и видеться с женой только за столом, караульные грубили, близких во дворец не пускали. Священник Афанасий Беляев, служивший тогда в Александровском дворце, описал комнаты царских детей, где совершалась исповедь: у каждой из княжон в углу был устроен настоящий иконостас со множеством икон, а перед ним стоял складной аналой, покрытый пеленой, с молитвенниками, богослужебными книгами, Евангелием и крестом.

Из Царского Села семью отправили в Тобольск, а оттуда — в Екатеринбург, в дом Ипатьева. Условия там были тяжелее прежних: спать приходилось на полу, без кроватей, прогулку в саду со временем сократили до нескольких минут, обыски и грубость охраны стали ежедневными.

Сохранилось письмо Ольги Николаевны из заточения — одно из немногих свидетельств последних месяцев. В нём она передаёт слова отца: он просит всех, кто остался ему предан, не мстить за него, потому что он всех простил и за всех молится; не мстить и за себя; и помнить, что зла в мире станет ещё больше, но побеждает зло не зло, а только любовь.

В ночь на 17 июля 1918 года вся семья вместе со слугами была расстреляна в подвале Ипатьевского дома.

Церковь прославила царскую семью в чине страстотерпцев — так именуют святых, принявших смерть по-христиански, без злобы и сопротивления. Память им совершается в день их гибели, 17 июля, и в день соборной памяти новомучеников и исповедников Российских — эта вторая дата переходящая. На иконах великую княжну Ольгу обычно пишут вместе с родителями, братом и сёстрами, в царских одеждах и с крестом в руке; отдельный её образ встречается реже и чаще всего берётся как именной.