Die gebürtige Ukrainerin übersiedelte mit 14 nach Paris; mittlerweile ist sie französische Staatsbürgerin. Schon als Teenager war Olga Kurylenko ein begehrtes Model. Im Jahr 2005 erprobte sie sich dann erstmals als Schauspielerin. Für ihre Rolle im Beziehungsfilm "L'annulaire" gewann sie einen Preis beim Brooklyn International Film Festival. Der Durchbruch gelang ihr 2008 als Bond-Girl im 007-Thriller "Ein Quantum Trost".  2013 ist Kurylenko in zwei großen, sehr unterschiedlichen Rollen im Kino zu sehen: Im Science-Fiction-Drama "Oblivion" an der Seite von Tom Cruise und in Terrence Malicks cineastischer Beziehungs-Elegie "To The Wonder" (mit Ben Affleck).