Ольга Арнтгольц родилась в семье театральных актеров. Ее сестра- близнец Татьяна появилась на свет на несколько минут раньше. Профессия родителей наложила свой опечаток на детство девочек, которые, можно сказать, выросли за кулисами театра.
Некоторое время Ольга увлекалась художественной гимнастикой и мечтала поступать на журфак, но уже в старших классах она решила пойти по стопам родителей. После школы сестры поступили в ВТУ имени Щепкина, и уже во время учебы они стали сниматься в кино. В фильмографии Арнтгольц есть немало ролей, которые сделали ее популярной и узнаваемой, в таких фильмах, как «Выхожу тебя искать», «Люба. Любовь», «Офицерские жёны» и других. Кроме этого, она не покидает сцену театра «Миллениум», играя в постановках «Ханума», «Синяя Роза», «Не будите спящую собаку».
Личная жизнь Ольги Арнтгольц не такая бурная, как у ее сестры Татьяны. Со своим будущим мужем, Вахтангом Беридзе, актриса вместе играла в одном спектакле и иногда пересекалась на вечеринках общих знакомых. И лишь через пять лет знакомства между ними вспыхнул роман, о котором не сразу узнала даже сестра Татьяна. В 2009 году в личной жизни Арнтгольц произошло важное событие: она и ее возлюбленный тайно поженились, пригласив на скромную свадьбу только родных и близких друзей. Отметив торжество, актриса уже на следующий вышла на работу.
Осенью 2013 года она родила дочь Анну, и почти сразу же приступила к съемкам нового фильма. Но если Ольга была востребована и успешна, то карьера Вахтанга складывалась не совсем удачно. Очень часто муж проводил время с друзьями и тусовался в ночных клубах. Как следствие, из личной жизни супругов исчезла романтика, и начались ссоры. Первой не выдержала Арнтгольц, которая осенью 2015 года подала на развод. Сейчас актриса и ее бывший муж сменили свой семейный статус и урегулировали все вопросы по дальнейшему воспитанию своей двухлетней дочки.
Осенью 2016 года стало известно, что Ольга находится на последнем месяце беременности, а в декабре она родила второго ребенка — сына. Отцом малыша стал режиссер Дмитрий Петрунь, с которым актриса познакомилась несколько лет назад, когда снималась в сериале «Офицерские жены». На съемках Арнтгольц и Петрунь много времени проводили вместе, после чего и за кадром они не расставались, став романтической парой.
