Enfant prodige, Olga a 12 ans quand elle se fait applaudir à la Comédie-Française en 1900, dans une reprise du drame de Sardou Patrie, dans rôle de Josuah. Elle s'embarque en 1903 pour l'Amérique du Sud, avec une compagnie de théâtre dont les vedettes s'appellent Jane Hading, Suzanne Devoyod, Edmond Duquesne. Celui-ci est sensible au charme de l'adolescente. Dans son album de voyage, annota ...
Enfant prodige, Olga a 12 ans quand elle se fait applaudir à la Comédie-Française en 1900, dans une reprise du drame de Sardou Patrie, dans rôle de Josuah. Elle s'embarque en 1903 pour l'Amérique du Sud, avec une compagnie de théâtre dont les vedettes s'appellent Jane Hading, Suzanne Devoyod, Edmond Duquesne. Celui-ci est sensible au charme de l'adolescente. Dans son album de voyage, annotant les photographies de la tournée, il écrit : "Embarquement pour Cythère." Au retour de ce périple, Olga Demidoff joue dans la troupe de Sarah Bernhardt et la tradition familiale assure qu'elle aurait doublé la diva dans La Dame aux camélias. Nouveau départ en tournée, pour la Belgique cette fois. Le 24 décembre 1904, un journal bruxellois reconnaît à Olga, 16 ans, "de beaux accents de tendresse et d'exaltation" dans le rôle de L'Aiglon, face à Jacques Normand qui joue Flambeau. Duquesne n'est pas dans la troupe, mais il rejoint l'objet de sa flamme pour épouser Olga le 11 février 1905 à Ixelles ; cela en dépit d'une grande différence d'âge.
De retour à Paris, Olga Demidoff crée en mai La Légende du ménétrier de Jacques Roullet, et Adolphe Brisson loue "la beauté, la grâce, la large et pure diction" de la principale interprète, cette jeune mariée désormais célèbre au théâtre mais qui ne semble pas avoir encore affronté une caméra. Comme Duquesne, elle débute à l'écran en 1909, dirigée par Calmettes. Elle dira à la fin de sa vie avoir été la partenaire de Max Linder, sans pouvoir préciser davantage. Parfois mis en scène par Jasset, dix films dont Jack souvent produits par Éclair donnent un rôle important à l'efficace Olga Demidoff, jusqu'en 1919. Les deux derniers, dont elle est la vedette féminine, avec une présence délicate qui séduit le public des lendemains de guerre, sortent quand Olga Demidoff se retrouve seule : Edmond Duquesne a été emporté par la grippe espagnole en novembre 1918, et la carrière de la jeune veuve se trouve interrompue. Sa voix s'étant "cassée", elle doit renoncer au théâtre. Elle pourrait faire encore du cinéma (muet), mais un médecin rencontré pendant la guerre, quand elle était infirmière dans un hôpital militaire, et avec qui elle se remarie, refuse qu'elle joue. À 31 ans, l'âge où d'autres débutent.
