Ainda na infância começa a frequentar grupos políticos de esquerda. Aos 15 anos entra para a Juventude Comunista, entidade ligada ao Partido Comunista, então na clandestinidade. Em 1925 vai para Berlim, onde dá continuidade a seu trabalho de militância.
Algum tempo depois é eleita dirigente do núcleo político do bairro de Neukölln. Em 1928, após ajudar um dos líderes do partido a fugir da prisão, é procurada pela polícia alemã, que oferece recompensa em dinheiro por sua captura.
Foragida, muda-se para Moscou e atua na Juventude Comunista Internacional. No início da década de 30 recebe formação militar e é destacada pelo alto comando soviético para ser a guarda-costas de Luís Carlos Prestes, que, depois de algum tempo na União Soviética, pretende voltar ao Brasil para organizar um levante comunista.
No caminho, os dois se apaixonam e chegam ao Rio de Janeiro casados. Com o fracasso da Intentona, Olga Benário é presa em 1936 e, mesmo grávida, é extraditada pelo governo de Getúlio Vargas para a Alemanha nazista. Passa os últimos anos de vida ao lado da filha, Anita, no campo de concentração de Bernburg. É executada na câmara de gás.