Olympias naquit à Constantinople vers l’an 365 dans une famille de la haute aristocratie. Son père, le comte Séleucos, et sa mère étant décédés alors qu'elle était enfant, elle fut placée sous la tutelle d'un de ses parents, Procope, gouverneur de Constantinople, qui confia son éducation à Théodosie, la sœur de saint Amphiloque d'Iconium. Par son intermédiaire, Olympias entretint des rapports amicaux et familiers avec Grégoire le Théologien, Grégoire de Nysse et d'autres illustres hommes d’Église. Parvenue à l'âge adulte, elle brillait autant par sa beauté corporelle que par ses connaissances intellectuelles, sa sagesse et sa piété. En 386, elle épousa Nébridios, le préfet de Constantinople, qui décéda 18 mois plus tard. Ayant décidé de consacrer le reste de sa vie à Jésus-Christ, elle refusa un second mariage et fonda une communauté de religieuses qui devait rapidement connaître un immense développement. Promue diaconesse par le patriarche Nectaire, malgré son jeune âge, elle distribua aux pauvres son immense fortune. Quand saint Jean Chrysostome succéda en 398 à Nectaire comme évêque, Olympias trouva en lui non seulement le père spirituel qu'elle désirait, mais aussi l'autorité en matière d'interprétation de l’Écriture, et le pasteur qui prenait soin de toute l'Église. Il fut le seul homme admis à l’intérieur de son monastère, où il venait instruire les religieuses.
Après le bannissement de saint Chrysostome en Arménie en 404 par l’impératrice Eudoxie, Olympias refusa de reconnaître son successeur et entreprit de défendre sa cause. Elle fut alors elle-même envoyée en exil à Nicomédie, où saint Jean Chrysostome lui adressa dix-sept lettres de consolation, pour l'exhorter à endurer l'épreuve et l'injustice avec foi et patience. Grâce à ces encouragements, Olympias fit de l'exil une occasion de progrès dans la patience et l'humilité. Elle remit son âme à Dieu, à Nicomédie, le 25 juillet 408.