Ольга Аросева родилась 21 декабря 1925 года в Москве в семье дипломата Александра Аросева. Детство провела за границей – в Париже, Стокгольме и Праге. В 1933 году семья вернулась в Москву. В школьные годы Аросева участвовала в спектаклях школьного драматического кружка, занималась в детской театральной студии. С началом Великой Отечественной войны поступила в цирковое училище, а затем в Московское городское театральное училище. Но окончить его не успела, поскольку в 1946 году ее прияли в труппу Ленинградского театра комедии Николая Акимова.
Окончила Московское городское театральное училище в 1948 году.

В 1950 году Аросева была принята в Московский академический театр сатиры. Играла в спектаклях: "Не ваше дело", "Человек с именем", "Свадебное путешествие", "Пролитая чаша", "Дом, где разбиваются сердца", "Доходное место", "Маленькие комедии большого дома", "Горе от ума", "Безумный день, или Женитьба Фигаро", "Концерт для театра с оркестром", "Ни сантима меньше!!", "Андрюша", "Триумф на Триумфальной" и другие.

В 1969-1971 годах Аросева была актрисой Драматического театра на Малой Бронной.

В 1970-е годы актриса участвовала в популярной телепрограмме "Кабачок 13 стульев". Ее персонаж — пани Моника — принес Аросевой всенародную любовь и популярность.

В кино актриса начала сниматься в конце 1940-х годов, дебютировав в фильме "Драгоценные зерна" (1948), далее был фильм "Великая сила" (1949). В основном она снималась в эпизодах и в дальнейшем так и осталась актрисой второго плана.

В 1950-е годы Ольга Аросева снялась в таких фильмах, как "Мы с вами где-то встречались…" (1954), "Гость с Кубани" (1955), "Урок жизни" (1955), "Безумный день" (1956), "Это начиналось так…" (1956), "Девушка без адреса" (1957), "Аннушка" (1959). Но первым большим успехом была роль Любы в комедии Эльдара Рязанова "Берегись автомобиля" (1966), затем были роли в фильмах "Интервенция" (1968), "Трембита" (1968),"Жди меня, Анна" (1969), "Взрыв замедленного действия" (1970), "Два дня чудес" (1970), "Переступи порог" (1970), "Старики-разбойники" (1971), "Шельменко-денщик" (1971), "Невероятные приключения итальянцев в России" (1973), "Предел желаний" (1982), "Графиня" (1991), "Твоя воля, господи!" (1993), "Афинские вечера" (2000) и др.

С 1980-х годов работы в кино стали для Аросевой чрезвычайно редким явлением, она практически полностью переключилась на театр.

С 1960-х годов актриса работала в мультипликации, она озвучила мультфильмы: "Кот-рыболов", "Неуловимый Фунтик", "Фунтик и сыщики", ее голосом также говорит Баба Яга из серии олимпийских мультфильмов под общим названием "Баба Яга против".

Кроме того, Аросева в разные годы снялась в выпусках киножурналов "Фитиль" и "Ералаш".

Вместе с театральным критиком Верой Максимовой актриса опубликовала книгу мемуаров "Без грима". Кроме того, Аросева издала книгу своих кулинарных рецептов.

Ольга Аросева — народная артистка РСФСР (1985); лауреат приза "Серебряная маска" (1976, Конкурс актеров московских театров); лауреат Государственной премии РСФСР имени К.С. Станиславского (1977, за театральную работу), Заслуженный деятель искусств Польши; лауреат премии газеты "Московский Комсомолец" — "за лучшую женскую роль" Мадлен в спектакле "Мадлен и Моисей" (2001), лауреат Национальной премии общественного признания достижений женщин "Олимпия" Российской Академии бизнеса и предпринимательства в 2005 году.

Кавалер орденов Почета (1995) и "За заслуги перед Отечеством" IV (2000) и III степени (2010).
Вечная память.