Родилась 11 июля 1921 года в крестьянской семье в селе Фёдоровка Полтавской губернии. Получила неполное среднее образование в семилетней школе родного села.
В 1937 году переехала с родственниками в Донбасс, где устроилась лебёдчицей на шахте. Во время немецкой оккупации была вывезена на принудительные работы в Германию.После возвращения на родину работала звеньевой в колхозе имени Ленина Чутовского района. Звено под руководством Ольги Денисовы ежегодно перевыполняло план по выращиванию кукурузы и сахарной свеклы.
В 1961 году звено собрало в среднем по 95,7 центнеров кукурузы с каждого гектара на участке площадью 20 гектаров.
В 1973 году было собрано 420 центнеров сахарной свеклы и в 1973 году — 465 центнеров сахарной свеклы с каждого гектара.
В 1973 году удостоена звания Героя Социалистического Труда «за большие успехи, достигнутые во Всесоюзном социалистическом соревновании, и проявленную трудовую доблесть в выполнении принятых обязательств по увеличению производства и продажи государству зерна, сахарной свеклы, масличных культур и других продуктов земледелия в 1973 году» .Избиралась депутатом Верховного Совета СССР 6-го созыва и делегатом XXII съезда КПСС.После выхода на пенсию проживала в посёлке Хутово, где скончалась в 2000 году.