Olga Martinova werd geboren in een gezin van musici in Leningrad. Ze begon op vijfjarige leeftijd viool te spelen en gaf haar eerste openbare optreden op zevenjarige leeftijd. Na haar afstuderen aan een speciale muziekschool voor begaafde kinderen, trad ze toe tot het Leningrad Conservatorium, waar ze afstudeerde onder leiding van professor Mikhail Waiman. Vervolgens zette ze haar studie voort bij professor Boris Gutnikov en won al snel de All-Russian Music Competition, de All-Union Music Competition en andere internationale competities.

In 1979 emigreerde ze naar het Westen. Ze heeft door Europa, de VS, Canada, Mexico, Israël en Japan getoerd en heeft deelgenomen aan vele internationale festivals. Haar optredens hebben consequent "rave" recensies ontvangen. Olga Martinova treedt op in zalen zoals Carnegie Hall, Alte Oper in Frankfurt, Concertgebouw, Madrid Hall, St. Petersburg Philharmonic en andere.

Ze heeft opgetreden als solist met het Nederlands Philharmonisch Orkest, de Bamberger Symphoniker, evenals symfonieorkesten van St. Petersburg, Novosibirsk, Sofia en Barcelona, het Nederlands Kamerorkest, het St. Petersburg Soloists Orchestra en andere orkesten. Onder de dirigenten met wie ze heeft opgetreden bevinden zich Yehudi Menuhin, David Zinman, Hans Wonk, Vasily Sinaisky, Ken-Ichiro Kobayashi, Jean-Bernard Pommier, Hartmut Henchen, Anton Kerjes, Tibor en Gilbert Varga, Anthony Ross-Marba, Arnold Katz, Lev Marquis en anderen.

Haar kamermuziekpartners zijn onder meer Philippe Hirschhorn, Jean-Bernard Pommier, Pavel Gililov, Alexander Baranchik, Istvan Parkani, Jean-Jacques Kantorov, Mikhail Gantvarg, Mikhail Bezverkhny, Alexander Varenberg, Tatiana Tower, Maurice Bourge en anderen. Het repertoire van de violiste omvat meer dan 30 vioolconcerten en een aanzienlijk aantal solo- en kamermuziekwerken van Europese en Russische componisten. Van 1996 tot 2018 was ze professor aan het Rotterdams Conservatorium, ze is ook gastprofessor aan het Conservatorium van Sint-Petersburg. Sinds 2018 is ze hoofdprofessor aan de Académie Musikè Association in Frankrijk. Ze geeft masterclasses in de VS, Canada, Engeland, Nederland, Israël en Rusland, en is actief betrokken bij concertactiviteiten.