Ольга Матешко родилась в посёлке Гостомель Киевской области. После окончания школы поступила во ВГИК и окончила его в 1969 году. В том же году начала работать актрисой на киностудии им. А. Довженко. Дебютировала в фильме «Он и она», снималась в разных лентах, как самой киностудии, так и других.
Наибольшую известность актриса получила после съёмок в фильме Леонида Быкова «В бой идут одни старики», где сыграла роль Зои, пилота ночного бомбардировщика У-2. Её младший брат Анатолий Матешко играл небольшую роль в этом фильме. Позднее играла в различных фильмах, например, роль Марфы в фильмах «Пропавшая экспедиция» и «Золотая речка». Исполняла преимущественно второстепенные роли, снималась в эпизодах.
Мужем Ольги Матешко был кинооператор и режиссёр киностудии Александр Итыгилов. В 1986 году он участвовал в съёмках аварии на Чернобыльской АЭС, получил большую дозу облучения и скончался от саркомы лёгких в московской клинической больнице имени Боткина в 1990 году.
Более 20 лет состоит в браке со скрипачом рок-группы Gogol Bordello Сергеем Рябцевым.
В 1994 году Ольга Матешко в составе делегации поехала в США и осталась там. Преподавала в Свято-Сергиевской академии на Манхэттене, работала на телеканале для украинских эмигрантов. В настоящее время вернулась, работает на телевидении, начала снова сниматься в фильмах, в частности в работах своего сына, режиссёра — Александра Итыгилова-младшего.
Младший брат — украинский кинорежиссёр и актёр Анатолий Матешко (род. 1953).