15 июня 2001 года в Донецке был организован фонд развития футбола области «Олимпик». В этот же день, на его базе был создан одноименный футбольный клуб.
В течение 2003—2004 года «Олимпик» становился лучшим в Донецкой области, в сезоне 2004 в чемпионате области «Олимпик» занял второе место в клубном зачете, а команда футболистов 1985 года рождения представляла Донецкую область на вторых Всеукраинских летних спортивных играх и завоевала бронзовые медали. Этот же коллектив играл в чемпионате области среди взрослых и принимал участие в чемпионате Украины среди любителей.
В сезоне 2004/05 команда дебютировала во Второй лиге, в группе «В». В дебютном сезоне «Олимпик» занял 11-е место. В сезоне 2010/11 «Олимпик», лидируя на протяжении почти всего турнира, за тур до окончания чемпионата обеспечил себе первое место и выход в Первую лигу.
Сезон 2013/14 годов стал для «Олимпика» историческим — команда завоевала золотые медали и право выступать в Премьер-лиге. По ходу чемпионата «Олимпик» провел 20-матчевую беспроигрышную серию. Она длилась с 3 августа 2013 года по 13 апреля 2014 года.
26 июля 2014 года «Олимпик» дебютировал в Премьер-лиге, где по итогам первого сезона занял 8-место в чемпионате и вышел в полуфинал Кубка, где по результатам двух матчей уступил киевскому «Динамо» с общим счётом 4:1.
Сезон 2016/2017 стал лучшим в истории «Олимпика» — по его итогам команда занял 4-е место и впервые получил право играть в еврокубках.
В 2018 году «Олимпик» провёл ребрендинг и сменил эмблему впервые в своей истории. На принятом после открытого конкурса варианте красуются три белых розы — символы Донецка, — а также фирменные для клуба сине-голубые полосы. Автором новой эмблемы команды стал известный украинский дизайнер Дмитрий Штрайс.
28 июня 2019 года команду возглавил бразилец Жулио Сезар Сантос Корреа[5]. До «Олимпика» тренировал только любительский испанский «Кристо Атлетико». Во время игровой карьеры выступал в таких командах, как : «Реал Мадрид» (в составе которого стал победителем Лиги чемпионов), «Милан», «Бенфика», «Олимпиакос» и др. В августе того же года, после четырех поражений, отправлен в отставку. Команда под его руководством проиграла «Днепру-1» (0:2), «Колосу» (0:1), «Александрии» (1:2) и «Карпатам» (1:3)[6].
8 июля 2021 года президент клуба Владислав Гельзин объявил о снятии «Олимпика» с чемпионата Украины и приостановке деятельности[7], однако позднее клуб был передан новому руководству и заявлен для участия в Первой лиге, где провёл ещё полгода, после чего был расформирован
