В 1972 году окончил Курганский машиностроительный институт, получил специальность «Инженер-механик». В институте работал в студенческих строительных отрядах, занимался спортом, был членом сборной команды области по гандболу.
С 1972 по 1975 год работал на Курганском машиностроительном заводе инженером-конструктором отдела главного технолога, избирался членом комитета ВЛКСМ отдела и завода, секретарём комсомольской организации отдела главного технолога.
В 1973 году избран членом бюро Курганского горкома ВЛКСМ, внештатным секретарём, затем кандидатом в члены Курганского обкома ВЛКСМ
С 1975 по 1981 год — старший инженер, комиссар, командир областного студенческого строительного отряда г. Курган.
С 1981 по 1987 год — инструктор отдела пропаганды и агитации Курганского обкома КПСС, секретарь парткома ПСМО «Кургантяжстрой».
8 декабря 1996 года избран губернатором Курганской области. Результаты первого тура : О. А. Богомолов получил 40,78 % (165 709 голосов), Анатолий Николаевич Колташов — 33,18 % (134 816), Анатолий Николаевич Соболев — 12,99 % (52 788). Перед вторым туром голосования А. Н. Колташов и А. Н. Соболев сняли свои кандидатуры. Голосование во втором туре прошло на безальтернативной основе: О. А. Богомолов получил 67,47 % (223 753 голосов). Победив на выборах, Богомолов становится Главой Администрации (Губернатором) Курганской области, а с марта 2000 года — Губернатором Курганской области.
C декабря 1996 года член Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации, председатель Комитета по делам СНГ, представлял Совет Федерации в парламентской Ассамблее Совета Европы
26 ноября 2000 года повторно баллотировался на пост губернатора. Получил 43 % голосов избирателей и вышел во второй тур. Соперником Богомолова во втором туре был генеральный директор ОАО «Кургандрожжи» Николай Дмитриевич Багрецов. Во втором туре голосования 10 декабря 2000 года Олег Богомолов победил, получив чуть более 50 % голосов
На губернаторских выборах 19 декабря 2004 во втором туре действующий губернатор Олег Богомолов отстоял свой пост (это его третий губернаторский срок). За него было подано 49,1 % голосов.
29 декабря 2009 года По представлению Президента РФ от 25 декабря 2009 года кандидатура Богомолова была утверждена областной думой для наделения его полномочиями высшего должностного лица субъекта РФ на очередной срок.
15 декабря 2013 года был удостоен высокой чести стать одним из факелоносцев эстафеты олимпийского огня зимних Олимпийских игр 2014 года (нагрудный № 091). Эстафету Олимпийского огня у перекрестка улиц Урицого и Красина ему передал факелоносец Денис Владимирович Леонов. Губернатор пробежал до КВЦ, где передал огонь десятикласснице Алине Викторовне Бондаревой. После этого О.А. Богомолов уехал на площадь Ленина, где прошла торжественная церемония зажжения чаши Олимпийского огня[10]. «Это волнительный день, — отметил Олег Богомолов. — Впервые в истории зауральская земля встречает олимпийский огонь, который несет дружбу, любовь, веру, который дарит добрые чувства. Сегодня мы с радостью его приветствуем в Кургане и желаем ему доброго пути по городам и весям великой России»[11].
26 мая 2014 года принят на работу советником Председателя Правления Открытого акционерного общества «Российский Сельскохозяйственный банк», член Наблюдательного совета банка.
В июне 2019 года переизбран членом наблюдательного совета АО «Россельхозбанк»[13].
1 июля 2021 года добровольно вышел из наблюдательного совета АО «Россельхозбанк», вышел на пенсию, на заслуженный отдых[14].
С 1995 года по 1996 год один из лидеров областного народно-патриотического общественного объединения «Народовластие».
С 2004 года по настоящее время — «Единая Россия». Был избран членом Президиума Курганского регионального политического совета партии. 24 ноября 2014 года выведен из состава регионального политсовета[15].
Мать — Анна Ивановна Богомолова, работала фельдшером в заводском медпункте.
Брат — Сергей Алексеевич Богомолов, в середине 1990-х годов был соучредителем российско-греческого СП «Симпан», которое занималось закупками зерна. В 2000-х годах — акционер ОАО «Зерно Зауралья», возглавляет курганский Торговый дом «Колос».
Жена — Тамара Викторовна Богомолова[28], родилась 22 января 1952 года в городе Карабаш Челябинской области. Вышла замуж 17 февраля 1973 года. После окончания Челябинского политехнического института работала в конструкторском бюро Курганского машиностроительного завода им. В. И. Ленина. С 2002 г. председатель попечительского совета благотворительного фонда поддержки материнства и детства «Мама». Награждена Знаком отличия губернатора «За благое дело».
В семье две дочери: Наталья (род. в 1975 году в Кургане) и Ольга (род. 1988).
Наталья Олеговна окончила Курганский государственный университет, финансово-экономический факультет. Ещё будучи школьницей, она прошла тестирование по программе «Дети в защиту свободы» и год стажировалась в США. В юности увлекалась баскетболом и бальными танцами. Работала в г. Кургане в Альфа-банке ведущим экономистом. В 1999 году вышла замуж за предпринимателя, живёт в Москве.
Бывший зять — Олег Владимирович Дубов, бывший учредитель ООО «Компания «Метрополис» (зарегистрировано 29 ноября 1994 года), которая занялась оптовой торговлей пищевыми продуктами, включая напитки, табачными изделиями и бытовой химией в Курганской области. С недавних пор проживает в Кургане.
Ольга Олеговна занимается теннисом. Дважды на российских соревнованиях в своей возрастной группе она выходила в 1/16 финала. В 2005 году окончила среднюю школу в Кургане. Получила высшее образование в Московском государственном университете, живёт в Москве[29].
Также есть двое внуков: Лев Олегович и Михаил Антонович[30].
Критика
В 2014 году Олег Богомолов купил коттедж в Москве стоимостью свыше 30 своих годовых губернаторских зарплат[31].