Dopo avere iniziato a praticare nuoto sincronizzato all'età di 14 anni, Ol'ga Brusnikina vinse nel 1993 i campionati mondiali giovanili. Alla sua prima Olimpiade, ovvero ad Atlanta 1996, partecipò alla gara a squadre piazzandosi al quarto posto. Reduce dalla vittoria nel duo e nella gara a squadre ai campionati mondiali, si rifece ai Giochi di Sydney 2000 vincendo due ori. Ad Atene 2004 vinse la sua terza medaglia d'oro olimpica della carriera partecipando alla gara a squadre.
«Per il suo grande contributo allo sviluppo della cultura fisica e dello sport, alti risultati sportivi ai Giochi della XXVII Olimpiade del 2000 a Sydney.» — 19 aprile 2001