Родилась 2 октября в Минске.

Окончила Театральное училище имени Бориса Щукина (руководитель курса — В. В. Иванов) в 2008 году.

Еще в Щукинском училище она успешно играла в «Игроке» Достоевского,  принимала участие в программе «Танцуем и поем». Главная роль Тони Чумаковой в музыкальном спектакле «Белая акация» принесла актрисе первую театральную премию — «Золотой лист».

В 2008 году Ольга Немогай была принята в труппу Театра имени Евгения Вахтангова.

Сегодня в репертуаре молодой актрисы самые разные по жанру роли — прекрасная Лили Марлен (Берег женщин) в хореографическом спектакле Анжелики Холиной; хрупкая, наполненная драматизмом Нина (Маскарад) в режиссуре Римаса Туминаса; трагическая Хромоножка (Бесы) выдающегося мастера Юрия Любимова; трогательная Павла (Люди как люди), озорная Дениза (Мадемуазель Нитуш), мадемуазель Ирэн (Возьмите зонт, мадам Готье!) — в постановках Владимира Иванова, Паула и Донна Эльвира — в спектакле учеников Римаса Туминаса «Стефан Цвейг. Новеллы».

Обладая прекрасными вокальными данными, актриса принимает участие во многих концертных программах театра. Она – исполнительница ряда номеров в музыкальном вечере «Концерт для актера с оркестром» в Вахтанговском АРТ-КАФЕ.

В кино Ольга Немогай дебютировала 2007 году, сыграв Юлю Туринину в одной из серий фильма «Закон и порядок: Преступный умысел-2». Затем снималась в фильмах «Папины дочки», «Гаражи», «Кодекс чести-4», «Назад в СССР», «Фарфоровая свадьба» и др.