Её дед Василий Львович Перовский — политкаторжанин, брат С. Л. Перовской; отец — Василий Васильевич, учёный-лесовод, принимал участие в революционном движении.

Ольга Васильевна Перовская родилась 27 марта(9 апреля)1902 года в селе Васильевка Мелитопольского уезда Таврической губернии Российской империи. С пяти лет и до совершеннолетия она жила в Семиречье в самых чудесных уголках Казахстана и Киргизии — в Верном и Пржевальске у берегов Иссык-Куля (село Михайловка), так как её отец — Василий Васильевич Перовский — ученый-лесовод, окончивший Петербургский лесной институт, в 1907 году приехал в Семиречье, где служил лесничим сначала в Капальском, а затем в Верненском и Пржевальском уездах. Многие детские впечатления от жизни в этих замечательных краях Ольга вспоминала впоследствии с большой теплотой, и они нашли отражение в её творчестве.

После установления в Средней Азии Советской власти в 1918 году Василий Васильевич Перовский вынужден был вместе с семьей покинуть Семиречье и уехать на Алтай. О жизни на Алтае Ольга Васильевна впоследствии также написала в своих произведениях («Алтайские рассказы», «Необыкновенные рассказы про обыкновенных животных»).

Поступив первоначально в Туркестанский университет, затем в 1923—1926 годах О. В. Перовская училась на биологическом факультете МГУ.

Муж О. В. Перовской — писатель Г. Е. Замчалов погиб на фронте во время Великой Отечественной войны.

В 1925 году вышла её первая и наиболее известная книга рассказов «Ребята и зверята», сразу завоевавшая симпатии маленьких читателей. Это цикл рассказов о насыщенной событиями жизни детворы — четырёх сестёр, дочерей лесничего, служащего в Семиречье. Книгу можно назвать автобиографичной, так как в чертах её главных героев легко угадываются сама Ольга и её сестры.

Также О. В. Перовская является автором серии рассказов и повестей о животных: «Необыкновенные рассказы про обыкновенных животных», «Мармотка» (оба 1939), «Про поросят» (1941), повестей «Остров в степи» (1934, совм. с Г. Замчаловым), «Золотое руно» (1957, совм. с ним же), «Джан — глаза героя» (1958).

Книги Перовской носят познавательный характер, отличаются занимательностью сюжета и тонким пониманием психологии животных, показанной через детское восприятие.

В 1940 — начале 1950 годов Ольга Перовская была репрессирована и приговорена к 10 годам лагерей, потом приговор смягчился ссылкой. О её жизни в этот период рассказывал Л. Токмаков. Ссылка закончилась в 1955 году. В конце 1950-х годов была реабилитирована.

В течение 15 лет с 1940 по 1955 года её книги не печатались, не показывали диафильм «Франтик» из серии «Ребята и зверята», уничтожили целый тираж повести «Остров в степи». Писательница, которую с большим удовольствием печатали в течение 15 лет и с восторгом читали дети, в этот период просто исчезла из жизни советской детской литературы.

Годы ссылки наложили отпечаток на жизнь писательницы, но она постаралась не переносить своё горе и обиду на творчество для детей и продолжала писать добрые, светлые, тёплые и счастливые книги. После ссылки Ольга Васильевна была прикована к постели тяжелой болезнью и умерла в возрасте 59 лет в 1961 году.