Nata a Berdjans'k da genitori dell'allora Unione Sovietica (padre ucraino e madre russa), dall'età di 3 anni cresce con la madre dopo il divorzio dei genitori. A 13 anni viene notata da una talent scout mentre è in vacanza a Mosca; dopo due anni si trasferisce nella capitale russa e all'età di 17 anni prosegue poi la carriera di modella in Francia, dove posa per riviste come Elle e Marie Claire. È inoltre protagonista di varie campagne pubblicitarie di biancheria intima, diventando per molte stagioni consecutive il volto e il corpo della maison Lejaby.
La passerella è l'occasione per farsi notare nel mondo dello spettacolo, così negli anni 2000 intraprende definitivamente la carriera di attrice. L'esordio assoluto avviene nel 2001, in un episodio della serie televisivaLargo Winch. Di quattro anni dopo è il debutto cinematografico, nella pellicola francese L'Annulaire, che le fa vincere un premio al Brooklyn International Film Festival. Nel 2006 recita con Elijah Wood in un episodio del film collettivo Paris, je t'aime. L'anno successivo si fa notare nella serie francese Suspectes e ottiene un ruolo nel blockbuster hollywoodiano Hitman - L'assassino.
All'inizio del 2008 la EON Productions annuncia il suo ingresso nel mondo delle Bond girl, con il personaggio di Camille Montes nel ventiduesimo film della saga, Quantum of Solace. La notorietà derivante le permette, all'inizio degli anni 2010, di fare rapidamente strada sul grande schermo. Nel 2010 viene frattanto scelta come protagonista del calendario Campari.[1] Nel 2012 il cineasta Terrence Malick la vuole come protagonista femminile di To the Wonder, facendosi apprezzare nello stesso anno anche in 7 psicopatici; l'attrice non disdegna al contempo ruoli televisivi, come in Magic City
Nel 2001 ha acquisito la cittadinanza francese; lei stessa ha dichiarato di sentirsi più vicina alla mentalità francese rispetto a quella ucraina delle sue origini.[5][6] Dal 2009 si è trasferita a Londra.[7]
Ha sposato il fotografo di moda francese Cédric van Mol nel 2000,[8] ma la coppia ha divorziato quattro anni dopo. Ha poi sposato l'imprenditore statunitense Damian Gabrielle nel 2006, ma anche questa unione si è conclusa con il divorzio alla fine del 2007.[9] Kurylenko e il suo ex compagno, l'attore e scrittore inglese Max Benitz, hanno un figlio.[10]
Nelle versioni in italiano delle opere in cui ha recitato, Olga Kurylenko è stata doppiata da:
Domitilla D'Amico in Hitman - L'assassino, Momentum, Morto Stalin, se ne fa un altro, L'uomo che uccise Don Chisciotte, La sentinella, The Princess, The Paradox Effect
Francesca Fiorentini in Quantum of Solace, The Expatriate - In fuga dal nemico, Perfect Day, Treason, Chief of Station - Verità a tutti i costi
Benedetta Degli Innocenti ne La corrispondenza, Gun Shy - Eroe per caso, The Courier, Boudica - La regina guerriera
Myriam Catania in Oblivion, The November Man, The Room - La stanza del desiderio
^(EN) Olga Kurylenko Biography, su kurylenko.org (archiviato dall'url originale il 24 ottobre 2008).
^(EN) I will never belong to anyone: Olga, su articles.timesofindia.indiatimes.com, 11 dicembre 2007 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2012).
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