Ольга Антонова окончила Ленинградский государственный институт театра, музыки и кинематографии (ЛГИТМиК), где обучалась у известного театрального режиссера Бориса Вульфовича Зона. В 1965 году, сразу после завершения учебы, она была приглашена в Ленинградский театр Комедии Николаем Павловичем Акимовым. Ее дебютная роль в комедии "Инкогнито" Б. Рацера и В. Константинова, где она сыграла Шуру Залыгину, была признана одной из самых ярких актерских работ сезона. Значительный успех пришел к Антоновой благодаря спектаклю «Этот милый старый дом» А. Арбузова, поставленному Петром Фоменко. В его постановках она исполняла разнообразные роли, включая обольстительную Елену Прекрасную в «Троянской войне не будет» Ж. Жироду и Анну Мартынову Змеюкину в «Свадьбе. Юбилее» А. Чехова. За почти полвека работы в театре актриса сыграла более тридцати ролей, среди которых Филумена в «Филомена Мартурано» Э. Де Филиппо, Бетси в «Да здравствует король!» В. Полякова и Селимена в «Мизантропе» Ж. Мольера. Антонова обладает ярким темпераментом и живым умом, что позволяет ей создавать глубокие образы, насыщенные психологизмом и юмором. Одной из запоминающихся ее ролей стала Мод в спектакле «Гарольд и Мод» в постановке Григория Козлова, за которую она в 2006 году была награждена Высшей театральной премией Санкт-Петербурга «Золотой Софит» в категории «Лучшая женская роль». В кино Ольга Антонова дебютировала в 1977 году в телефильме «Почти смешная история» Петра Фоменко, где сыграла эксцентричную Илларию. Эта роль принесла ей популярность, а песня «Я леплю из пластилина…» стала любимой у зрителей. В 1990 году она была удостоена премии фестиваля «Созвездие» за лучшую женскую роль в фильме «Астенический синдром» Киры Муратовой. В 1980 году Антонова получила звание «Заслуженная артистка РСФСР», а в 1994 году стала народной артисткой РСФСР.