В 1977 году Ольга Кормухина окончила школу № 48 в г. Горьком и в этом же году поступила в ГИСИ им. Чкалова на архитектурный факультет.
Музыкальный дебют состоялся весной 1980 года на Всесоюзном джаз-рок фестивале «Нижегородская весна».
В 1983 году Кормухина по приглашению Олега Лундстрема переезжает в Москву. Она поступает в Государственный музыкально-педагогический институт имени Гнесиных на эстрадное отделение к педагогу Т. Н. Маркович. Во время учёбы работала с оркестром Олега Лундстрема, затем Анатолия Кролла, а также выступала в джаз-рок коллективе студентов института им. Гнесиных.
В 1986 году принимала участие в фестивале молодых исполнителей «Юрмала-86». В 1987 году вошла в состав группы «Рок-ателье» Криса Кельми.
В 1988 году была организована группа «Красная пантера», куда вошли: Ольга Кормухина (вокал), Вадим Усланов (бас-гитара) из «Рок-ателье», барабанщик Олег Ховрин и гитарист Игорь Андреев из группы «Чёрный кофе», Константин Веретенников (гитара), Валерий Казаков (клавишные), художественный руководитель группы Ованес Мелик-Пашаев.
В октябре 1988 года на Международном фестивале «Ветер перемен» в Днепропетровске группа «Красная пантера» и Ольга Кормухина завоевали Гран-при, а затем на рок-фестивале «Интершанс», проходившем в Лужниках, группа сыграла свою большую сольную программу.
С 1989 года начинается сольная карьера певицы. В 1989—1990 годах Кормухина выступала на фестивале в Сопоте (Польша), телевизионном конкурсе «50/50».
В 1991 году Кормухина организовала коллектив «Гелла». В состав группы вошли: Сергей Алмазов (гитара), Евгений Палистратов (бас), Александр Ефимов (клавишные), Сергей Черняков и Андрей Потонин (ударные). Дебютировала в качестве актрисы в фильме Ю. Сабитова «Шаг вправо… шаг влево…», где исполнила роль певицы, оказавшейся в заложниках на зоне. Вышел первый магнитоальбом «За гранью слов».
В 1992 году Кормухина стала лауреатом национальной музыкальной премии «Овация» в номинации «Лучшая рок-певица» по итогам 1991 года.
С начала 2000-х начинается творческое сотрудничество Кормухиной с мужем Алексеем Беловым. Записываются песни «Я падаю в небо» (на песню был снят клип), «Сердце — не отель», «Ждать», «Я больше не боюсь», музыка к кинофильмам: «Красный змей» (реж. С. Воробьев и Дж. Тананеску), «Зеркальные войны. Отражение I» (реж. В. Чигинский).
В 2007 году снят документальный фильм «Я падаю в небо», посвящённый певице (реж. Антон Дорин)[3].
В 2007 году Ольга Кормухина поступает на режиссёрский факультет ВГИКа им. С. А. Герасимова. В 2008 году сняла свою первую режиссёрскую курсовую работу «И светит, и греет», где снялась в одной из главных ролей вместе с Евдокией Германовой.
В 2009 году певица снимает дипломную работу «Колокол», главные роли в которой исполнили Лариса Гузеева и Иван Охлобыстин.
В феврале 2010 года Ольга Кормухина и Алексей Белов отправляются в Ванкувер поддержать Олимпийскую сборную России. Певица подготовила специальную сольную программу, состоящую из мировых хитов: «We Will Rock You» (Queen), «Try to Find Me» (группы «Парк Горького») и др.
22 марта 2011 года состоялась официальная премьера режиссёрской работы Кормухиной — нового видео на композицию «Ждать». Певица выступила в качестве автора сценария и режиссёра клипа, который является первой частью трилогии «Мужчина и Женщина».
29 февраля 2012 года вышел альбом Кормухиной «Падаю в небо», в который вошло 18 композиций, написанных Алексеем Беловым, Евгением Кобылянским, Сергеем Саватеевым, Григорием Безуглым, Маргаритой Пушкиной и Виктором Цоем. 26 апреля состоялся сольный концерт-презентация Кормухиной с программой «Падаю в небо» во МХАТе им. М. Горького.
В 2012 году Ольга Кормухина принимает участие в «Рождественских встречах» Аллы Пугачевой с песней «Путь».
4 марта 2013 года вышел анимированный клип на композицию «Шарманщик», режиссёр Елена Чужченко. В 2013 году Кормухина становится победителем телевизионного музыкального шоу-проекта «Две звезды» на Первом канале.
23 февраля 2014 года Кормухина и музыканты группы «Парк Горького» во главе с Алексеем Беловым приняли участие в церемонии закрытия XXII Олимпийских игр в Сочи и исполнили англо-русскую версию песни «Moscow Calling», специально подготовленную для данного мероприятия.
5 июня 2014 года в Московском международном доме музыки Кормухина представила программу «The BEST» с симфоническим оркестром Москвы «Русская филармония».
2014 год — премия «Русский топ» — лучшая сольная исполнительница 2014 года (по результатам интернет-голосования).
1 марта 2015 года в Крокус Сити Холле Кормухина представила новую сольную программу «Территория любви».
Ольга Кормухина является ежегодным участником фестиваля «Нашествие» начиная с 2012 года, а также ежегодным участником концерта «День Семьи, Любви и Верности», который проходит под патронажем С. В. Медведевой в Муроме.
Ольга Кормухина является организатором фестиваля Добрых Дел «Остров.ру», который ежегодно с 2012 года проходит в Наро-Фоминском районе Московской области.
С 2015 года — солистка Московской областной филармонии.
На XXV Международном фестивале искусств «Славянский базар в Витебске 2016» Ольге Кормухиной вручен специальный диплом Постоянного комитета Союзного государства «За творческое воплощение идей дружбы народов Беларуси и России».
Указом Президента Российской Федерации В. В. Путина от 26.10.2016 № 572 «О награждении государственными наградами Российской Федерации» певице Ольге Кормухиной присвоено почетное звание «Заслуженный Артист Российской Федерации».