Родилась в городе Саратов. Мать — певица Жанна Рождественская. Отец — саратовский музыкант (барабанщик) Акимов Сергей Петрович. Родители Оли познакомились во время учёбы в Саратовском музыкальном училище, поженились, но развелись вскоре после рождения дочери. С отцом Оля увиделась только один раз, когда ей было 14, и с тех пор не знает, как сложилась его судьба. После переезда в 1975 году матери в Москву Ольга некоторые время жила у бабушки с дедушкой в городе Ртищево и вскоре также переезжает в столицу.
Дебютировала в 1977 году с «Песенкой Красной Шапочки» («Если долго-долго…») в фильме «Про Красную Шапочку» (режиссёр Леонид Нечаев), которая отныне становится её «визитной карточкой». После этого на протяжении нескольких лет Оля регулярно исполняет песни для кино- и мультфильмов, записываются пластинки с песнями, о ней снимают телепередачи. Уже с 8 лет она самостоятельно выступает на концертах, объездив всю страну с гастролями (в том числе совместно с Михаилом Боярским и Ириной Понаровской). В 1978 году вместе с Жанной Рождественской участвует в записи современной оперы «Звезда и смерть Хоакина Мурьетты» Алексея Рыбникова (партия девочки-чилийки), а на следующий год в записи на пластинку другой знаменитой рок-оперы Рыбникова — «Юнона и Авось». В 1979 году Оля снялась в главной роли в музыкальном телефильме «Я придумываю песню» (музыка Полада Бюль-Бюль оглы), который так и остался её единственным опытом в качестве киноактрисы.
Последней работой в кино у Оли стал фильм «Приключения Петрова и Васечкина, обыкновенные и невероятные», когда ей было 14 лет. В том же 1983 году планировалось участие в фильме «Пеппи Длинныйчулок», но в итоге в нём спела другая девочка. Больше приглашений от кинорежиссёров не поступало.
По окончании школы в 1986 году Ольга становится студенткой Гнесинского училища, а в 1988 выходит замуж за музыканта Аркадия Мартыненко (в то время клавишника группы Мегаполис, а ранее работавшего с Жанной Рождественской в проекте Эдуарда Артемьева «Тепло Земли»). В том же году у них родился сын и Ольге пришлось бросить учёбу, что впрочем не помешало ей продолжить карьеру профессиональной певицы.
С 1998 года она сотрудничает с электронным проектом Moscow Grooves Institute, созданным в 1995 году её мужем Аркадием Мартыненко (Марто) и Борисом Назаровым. Дебютом их совместной работы стала обработка старинного романса «Хризантемы». В 2003 на неё был снят клип (режиссёр Илья Смолин), который ротировался на MTV и на других музыкальных телеканалах России, а также Украины и Белоруссии. В 2002 году вместе с матерью участвовала в записи новой версии рок-оперы «Юнона и Авось».
Песенка Красной Шапочки
Необитаемый остров (совместно с Жанной Рождественской)
Девочка-чилийка — Оля Рождественская
Книжкин дом (А.Рыбников —- Ю.Энтин) — Жанна и Оля Рождественские, Гарри Бардин
Настоящий друг (Б. Савельев — М. Пляцковский)
Добрая сказка (А. Пахмутова — Н. Добронравов) — Жанна и Оля Рождественские
Ха-ха-ха-Хоттабыч! (вступительная песня)
Оля Рождественская, В. Винокур, инстр. ансамбль
Мульти-пульти — чудная страна (вступительная песня)
Молящаяся девочка — Оля Рождественская
Голос Богоматери — Ольга Рождественская