Олга била забелязана от модел скаут, когато била само на 15 години. Няколко години по-късно тя започнала да се появява на кориците на топ списания. Впоследствие подписала договор с френска агенция и станала лице на Kenzo. Но амбициозното момиче винаги искало нещо повече и завършило курсове по актьорско майсторство, мечтаейки да стане професионална актриса.

Тя била избрана от 400 други кандидатки за ролята на Камила Монтес. Тази работа не само ѝ донесла номинация за най-добра поддържаща актриса, но и дала истински тласък на кариерата ѝ в Холивуд. Според Vogue Куриленко станала най-известното момиче на Бонд в историята на световния блокбъстър.

Олга продължила да се появява на кориците на лъскави списания, но не като модел, а като актриса. Но във филмовата индустрия не стояла на едно място. През 2011 г. Куриленко продуцирала филма „Земя на забравата“ за катастрофата в Чернобил. Въпреки че лентата не била широко рекламирана, станала много лична за нея. Тя искала да предаде в него собствените си детски преживявания и меланхолията от загубата на близките си.