Родилась в 1960 году в г. Бугульма (Татарская АССР). В 1979 году окончила дирижерско-хоровое отделение Московского государственного института культуры. С 1979 по 1982 годы работала учителем пения в школах № 578 и № 91 г. Москвы.
В 1982 году поступила на исторический факультет Московского государственного заочного педагогического института (вечернее отделение), который окончила в 1987 году. С 1982 года преподавала отечественную историю в старших классах в школе № 91 г. Москвы.
В 1987 году поступила в очную конкурсную аспирантуру Института истории Академии наук СССР. В 1990 году защитила кандидатскую диссертацию по теме: «Советское государство и патриотическая деятельность Русской Православной Церкви в годы Великой Отечественной войны».
С 1990 по 2004 годы работала в Институте истории Академии наук СССР. Прошла путь от младшего научного сотрудника до ведущего научного сотрудника и руководителя Центра истории религии и Церкви Института российской истории РАН.
В 1999 году в ИРИ РАН защитила докторскую диссертацию на тему: «Русская Православная Церковь в политике Советского государства в 1943-1948 гг.».
В 2002 году возглавила кафедру религиоведения Российской академии государственной службы при Президенте Российской Федерации.
В 2007 году окончила Дипломатическую академию МИД России по специальности «Международные отношения». В феврале 2012 года назначена на должность заместителя директора Департамента культуры Правительства Российской Федерации.
В начале 2013 года назначена на должность заместителя начальника Управления Президента Российской Федерации по общественным проектам, где курировала вопросы, связанные с реализацией общественных проектов в области образования, осуществляла взаимодействие с общественными объединениями и иными структурами гражданского общества.
19 августа 2016 года Указом Президента Российской Федерации назначена Министром образования и науки Российской Федерации.
18 мая 2018 года назначена Министром просвещения Российской Федерации. Занимала эту должность до января 2020 года.
В 2005 году О.Ю. Васильевой присвоено ученое звание профессора, под ее руководством подготовлено и защищено 3 докторские и свыше 25 кандидатских диссертаций. Автор более 160 научных статей и 8 монографий.
Фонд Росконгресс – социально ориентированный нефинансовый институт развития, крупнейший организатор общероссийских, международных, конгрессных, выставочных, деловых, общественных, молодежных, спортивных мероприятий и событий в области культуры, создан в соответствии с решением Президента Российской Федерации.
Фонд учрежден в 2007 году с целью содействия развитию экономического потенциала, продвижения национальных интересов и укрепления имиджа России. Фонд всесторонне изучает, анализирует, формирует и освещает вопросы российской и глобальной экономической повестки. Обеспечивает администрирование и содействует продвижению бизнес-проектов и привлечению инвестиций, способствует развитию социального предпринимательства и благотворительных проектов.
Мероприятия Фонда собирают участников из 208 стран и территорий, более 15 тысяч представителей СМИ ежегодно работают на площадках Росконгресса, в аналитическую и экспертную работу вовлечены более 5000 экспертов в России и за рубежом.
Фонд взаимодействует со структурами ООН и другими международными организациями. Развивает многоформатное сотрудничество со 197 внешнеэкономическими партнерами, объединениями промышленников и предпринимателей, финансовыми, торговыми и бизнес-ассоциациями в 83 странах мира, с 286 российскими общественными организациями, федеральными и региональными органами исполнительной и законодательной власти Российской Федерации.
Официальные телеграм-каналы Фонда Росконгресс: на русском языке – t.me/Roscongress, на английском языке – t.me/RoscongressDirect, на испанском языке – t.me/RoscongressEsp, на арабском языке – t.me/RosCongressArabic. Официальный сайт и Информационно-аналитическая система Фонда Росконгресс: roscongress.org.