Née à Moscou le 24 juillet 1881 (d'autres sources donnent 1884).
De 1901 à 1906 Olga Preobrajenskaia a fait ses études au studio du Théâtre d’Art de Moscou (МХAТ), puis travaillé dans différents théâtres de province. Son premier rôle au cinéma est le rôle de Mania Jeltsova dans Les Clefs du bonheur de V. Gardine et Y. Protazanov. Elle a joué les rôles principaux dans plusieurs mises à l’écran d'œuvres littéraires classiques Un nid de gentilshommes (Дворянское гнездо), Guerre et paix (Война и мир) etc et devient une des plus grandes stasr du cinéma muet russe. En 1916 elle coréalise avec V. Gardine le film La Demoiselle paysanne (Барышня-крестьянка).
Après la révolution d’Octobre 1917 Preobrajenskaia enseigne au VGIK (Ecole nationale du cinéma de Moscou - ВГИК). Entre 1927 et 1941 elle travaille en collaboration avec le réalisateur Ivan Pravov. Leur premier film Le Village du péché (Бабы рязанские) raconte la vie difficile des femmes dans les villages avant la révolution. En 1931, ils réalisent ensemble le film Le Don paisible (Тихий Дон) , qui est la première tentative de faire un film sur le célèbre roman de Mikhail Cholokhov.