Olimpia urodziła się w 361 lub 368 r. w znakomitej rodzinie cesarskich dostojników Konstantynopola. W 386 r. poślubiła byłego prefekta miasta, Nebrydiusza. Jej ślub uczcił specjalnym utworem św. Grzegorz z Nazjanzu. Małżeństwo nie było szczęśliwe, Nebrydiusz zmarł po dwudziestu miesiącach. Cesarz Teodozjusz Wielki postanowił wówczas wydać młodą wdowę za jednego ze swych krewnych. Olimpia mimo wielokrotnego nacisku odmówiła.
Zwróciła się całkowicie ku życiu ascetycznemu i pobożności. Ze swych bogatych zasobów hojnie rozdzielała jałmużny i łożyła na potrzeby kościołów. Patriarcha Nektariusz w uznaniu tych zasług mianował ją diakonisą, co wobec jej młodego wieku było wówczas czymś wyjątkowym. Oddając się sprawom chrześcijańskiej dobroczynności, nie stroniła od zainteresowań intelektualnych. Rozczytana w Piśmie św., orientowała się w wielu zagadnieniach teologicznych. Jej to Grzegorz z Nyssy dedykował swój komentarz biblijny. Potem znalazła się w bliskim otoczeniu św. Jana Chryzostoma, którego przyjaźń szczególnie sobie ceniła. Do końca próbowała ratować go przed wygnaniem, gdy zaś ono nastąpiło, starała się za wszelką cenę łagodzić jego uciążliwość. Św. Jan skierował do niej siedemnaście listów, które szczęśliwie się zachowały. Ta wierność okupiona została niejedną przykrością, którą wycierpieć musiała ze strony panujących, którzy ostatecznie zmusili ją do opuszczenia stolicy. Przeniosła się wtedy do Cyzyku, a potem do Nikomedii. Tam zmarła 25 lipca 408 roku.
Grecy wspominali ją 24, 25 lub 26 lipca, a Martyrologium Rzymskie 17 grudnia. W nowym Martyrologium przywrócono termin właściwy - 25 lipca.