Ich pierwszą nauczycielką angielskiego była guwernantka Margaret Eager, co sprawiło, że posługiwały się tym językiem z wyraźnym akcentem irlandzkim.
W 1900, w czasie ciężkiej choroby Mikołaja II, cesarzowa starała się wywrzeć wpływ na męża, by ten zmienił obowiązujące w Rosji prawo sukcesyjne, które dopuszczało kobiety do dziedziczenia tronu jedynie w wypadku braku jakichkolwiek męskich krewnych monarchy. Aleksandra Fiodorowna chciała, by to jej najstarsza córka Olga została następczynią tronu, a nie jeden z braci jej męża. Ostatecznie jednak do zmian prawnych nie doszło i Olga do końca życia nosiła jedynie tytuł wielkiej księżnej, nie będąc brana pod uwagę przy sukcesji.
Zgodnie z tradycją, wielkie księżne uczyły się jedynie w domu; ich matka żywo interesowała się ich edukacją. Aleksandra Fiodorowna starała się, wychowując córki, naśladować własne doświadczenia z dzieciństwa i pobytu na dworze angielskim. Olga razem z siostrami uczyła się gry w tenisa, ważną rolę w jej wychowaniu odgrywała także religia. Dziewczęta od najmłodszych lat były wdrażane do regularnego uczestnictwa w nabożeństwach prawosławnych i lektury literatury religijnej.