Летом 1935 года на авиационном параде в Тушино произошла необычная встреча: Иосиф Сталин, заметив, что двум девочкам мешают видеть представление взрослые, вывел их в первый ряд. В ходе беседы выяснилось, что у них с Ольгой совпадают Дни рождения, поэтому вождь подарил ей букет, преподнесенный парашютисткой. Этот случай попал в «Комсомольскую правду»: Ольга и Елена тогда дали первое в своей жизни интервью.
С третьего класса Ольга училась в московской немецкоязычной школе имени Карла Либкнехта. Это место она искренне любила, однако с ухудшением советско‑германских отношений некоторых учителей обвинили в фашизме, арестовали и казнили. Учебное заведение закрыли, и Ольга перешла в обычную школу.
1937 год стал для будущей актрисы самым тяжелым: на Александра Аросева посыпались доносы, поэтому вскоре его арестовали, а через год расстреляли. При этом, семье долгое время не сообщали о кончине отца.
Дочерей взяла к себе мать. С этого момента их называли детьми «врага народа», но Ольга твердо верила в невиновность отца и даже написала письмо Сталину, выразив недоверие к обвинениям. Не получив ответа, она отказалась вступать в комсомол: ее сестру Наталью, уже состоявшую в организации, тогда заставили публично отречься от отца, но Ольга на это не пошла.
С началом Великой Отечественной войны Ольга и Елена Аросевы отправились на трудовой фронт: в Орловской области они копали противотанковые окопы. Вернувшись в Москву, обе сестры решили посвятить себя актерскому мастерству, но в Московское городское театральное училище Ольгу не приняли — была не окончена десятилетка — поэтому будущая актриса поступила в цирковое училище.
Параллельно закончив школу, Ольга бросила цирк и все же поступила в театральное, но не доучилась и там: в середине 1940‑х ей предложили место в труппе Ленинградского театра комедии. Художественный руководитель Николай Акимов заметил Аросеву во время московских гастролей, а Ольга пошла на хитрость, чтобы устроиться: предъявила диплом сестры, уже получившей образование.
В Ленинграде она играла в «Путешествии Перришона», «Старых друзьях» и других постановках. Акимова же актриса позже называла главным режиссером в своей жизни. Когда в 1950 году его сняли с должности, Ольга ушла из театра и вернулась в Москву.
В столице Аросева вошла в труппу Театра сатиры, где играла под руководством Николая Петрова, Валентина Плучека, Эраста Гарина и других режиссеров. Среди знаковых ролей: Фелисата Кукушкина («Доходное место» А. Островского), Шарлотта Ивановна («Вишневый сад» А. Чехова) и Серафима Ильинична («Самоубийцы» Н. Эрдмана).
В конце 1950‑х главным режиссером Театра сатиры стал Валентин Плучек. Между ним и Ольгой возникли разногласия, и актриса ушла в Драматический театр на Малой Бронной, но через три года вернулась и прослужила в Театре сатиры до конца жизни, сыграв около 40 ролей.