Олег Иванович Бухтояров родился 14 апреля 1945 года в городе Проскурове Каменец-Подольской области Украинской ССР (с 1954 года город Хмельницкий Хмельницкой области).
В 1963 году окончил школу № 32 г. Кургана и поступил в Курганский машиностроительный институт (с 1995 года — Курганский государственный университет). Окончил его в 1968 году, получив квалификацию «инженер-механик» по специальности «оборудование и технология сварочного производства» .
С 1968 года работал в КМИ, ассистентом на кафедре «Оборудование и технология сварочного производства» , в 1971 году поступил в аспирантуру при КМИ, а в 1974 году окончил её и до 1975 года работал в машиностроительном институте старшим инженером по хоздоговорам.
В 1975 году был переведен на кафедру физики, где до 1986 года работал ассистентом, старшим преподавателем, доцентом.
В 1977 году защитил кандидатскую диссертацию «Свойства и структура расплавленных оксифторидных электролитов» по специальности «физическая химия» , в 1979 году получил учёное звание доцента по кафедре физики.
С 1983 по 1986 годы был деканом вечернего факультета.
В 1986 году был переведен на два года на должность старшего научного сотрудника для завершения докторской диссертации.
В 1988 году вернулся на кафедру физики и был избран учёным советом института заведующим кафедрой.
С 1989 года — член КПСС.
В 1989 году защитил докторскую диссертацию «Прогнозирование структуры и свойств металлургических расплавов методами компьютерного моделирования» по специальности «физическая химия» , а в 1991 году получил учёное звание профессора по кафедре физики.
С 1990 по 2002 годы — проректор по научной работе; с 1997 по 2002 годы — заведующий кафедрой химии.
С 1992 года — член диссертационного совета по защитам докторских диссертаций по специальности «физическая химия» при Южно-Уральском государственном университете.
С 14 мая 2002 по 3 апреля 2012 года — ректор Курганского государственного университета.
До 2012 года возглавлял совет ректоров Курганской области.Олег Иванович Бухтояров умер 19 июля 2015 года в одной из челябинских клиник, где проходил лечение.Прощание состоялось 21 июля 2015 года во Дворце культуры машиностроителей (г. Курган). Олега Бухтоярова похоронили на кладбище села Кетово Кетовского района Курганской области.