Ольга Фабиановна Гнесина родилась в 1881 году в Ростове-на-Дону в семье городского казённого раввина — Фабиана Осиповича Гнесина, мать — Белла Исаевна Флетзингер-Гнесина, певица, ученица С. Монюшко. В 1901 году окончила Музыкальное училище сестёр Е. и М. Гнесиных по классу фортепиано (её сестры Елены Фабиановны), тем самым, став первой выпускницей Училища. В этом же году стала преподавать фортепиано вместе со старшими сёстрами в Училище, ставшем в дальнейшем Российской академией музыки имени Гнесиных.

Умерла 9 марта 1963 года.