Родилась 19 августа 1977 г. в Ставрополе.
В 1999 г. с отличием окончила Ставропольский государственный университет по специальности «юрист», в 2000 г. — Ставропольскую государственную сельскохозяйственную академию (ныне — Ставропольский государственный аграрный университет) по специальности «финансы и кредит», в 2004 г. — факультет профессиональной переподготовки Московского авиационного института (ныне имеет статус национального исследовательского университета) по президентской программе управленческих кадров, специальность «менеджмент». Получила дополнительное профессиональное образование в школе журналистики «Интерньюс».
С 1996 г. почти 20 лет работала на ставропольском телевидении. В 1996-2006 г. — корреспондент, редактор службы новостей, юрист, ведущий – редактор отдела новостей, редактор выпуска редакции теленовостей, продюсер специальных проектов телекомпании «АТВ – Ставрополь». Автор и ведущая программы «Время говорить». В 2006-2007 гг. — помощник управляющего по связям с общественностью в филиале ОАО Банк ВТБ в Ставрополе. В 2008-2012 гг. — депутат Ставропольской городской думы. 12 октября 2008 г. была избрана в Ставропольскую гордуму V созыва от регионального отделения партии «Единая Россия» (третий номер в списке кандидатов). Возглавляла комитет по информационной политике, взаимодействию с общественными и ветеранскими организациями. 13 марта 2011 г. вновь стала депутатом Ставропольской городской думы VI созыва от одномандатного округа №13 (баллотировалась от «Единой России»). На выборах набрала 52,04% голосов, опередив своего ближайшего конкурента, кандидата от КПРФ Андрея Зайченко, почти на 33%. С 2008 по 2011 г. одновременно с исполнением депутатских обязанностей работала директором программ телекомпании «АТВ – Ставрополь», редактором-консультантом ООО «Ставрополь ТВ», а затем телекомпании «РЕН – Ставрополь». В декабре 2011 г. баллотировалась в Государственную думу РФ VI созыва по списку партии «Единая Россия» в составе Ставропольской региональной группы (седьмой номер в списке). Однако по итогам распределения депутатских мандатов в Думу не прошла. В 2012-2016 гг. — депутат Государственной думы РФ VI созыва. 17 мая 2012 г. ей был передан вакантный мандат депутата Госдумы Валерия Зеренкова, назначенного врио губернатора Ставропольского края. 22 мая того же года Ольга Тимофеева приступила к исполнению депутатских полномочий. Вошла в состав фракции «Единая Россия», была членом комитета по информационной политике, информационным технологиям и связи. Член центрального штаба Общероссийского народного фронта (ОНФ). С 12 июня 2013 г. по 29 ноября 2018 г. — сопредседатель центрального штаба ОНФ. Руководитель рабочей группы «Общество и власть: прямой диалог». В 2016 г. стала федеральным уполномоченным «Единой России» по проведению предварительного внутрипартийного голосования (праймериз) по выборам кандидатов в Госдуму РФ VII созыва от Ставрополья и Калмыкии. В мае того же года заняла первое место (68,23%) по итогам праймериз по федеральному избирательному округу в Ставропольском крае. В 2016-2021 гг. — депутат Государственной думы РФ VII созыва. Была избрана 18 сентября 2016 г. по списку партии «Единая Россия» (второй номер в региональной группе №25, Республика Калмыкия, Ставропольский край, Астраханская и Ростовская области). Вошла во фракцию «Единая Россия». С 5 октября 2016 г. по 11 октября 2017 г. возглавляла думский комитет по экологии и охране окружающей среды. 11 октября 2017 г. была утверждена на посту вице-спикера Госдумы РФ VII созыва Вячеслава Володина. Пост заместителя председателя Госдумы стал вакантным после назначения бывшего вице-спикера, лидера фракции Владимира Васильева, врио главы Дагестана. Как вице-спикер Ольга Тимофеева курировала комитеты по труду, социальной политике и делам ветеранов и по развитию гражданского общества, вопросам общественных и религиозных объединений, взаимодействие с Израилем, Туркменистаном и ЮАР. С 2021 г. — депутат Государственной думы РФ VIII созыва от «Единой России». Была избрана 19 сентября 2021 г. по Невинномысскому одномандатному избирательному округу №66 (Ставропольский край). Набрала 64,09% голосов (второе место в округе занял гендиректор АО «Оборонэлектронпроект» Григорий Пономаренко от КПРФ, 10,53%). С 12 октября 2021 г. — председатель комитета ГД по развитию гражданского общества, вопросам общественных и религиозных объединений.
Член Академии Российского телевидения (с 2010 г.). Член Союза журналистов России.
Награждена медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени (2016).
Лауреат Всероссийского телевизионного конкурса «ТЭФИ — регион» в номинации «Лучший интервьюер» (2007). Почетный гражданин города Ставрополя (2014).