В 16 лет Ольга Погодина поступила в Высшее театральное училище имени Щукина. В 1998 году стала актрисой Московского театрального центра «Вишнёвый сад». В кино начала с эпизодических ролей в фильмах «Маросейка, 12», «Салон красоты» и «Тихие омуты» в 2000 году. В 2002 году получила первую главную роль в фильме «Если невеста ведьма».

Наиболее заметными работами Погодиной стали сериалы «Женская логика 2» (2002) и «Женская интуиция» (2003), драма «Моя Пречистенка» (2003), а также фильмы «Убей меня, ну, пожалуйста» (2004) и «Эшелон» (2005). В фильме «Золотой век» (2003) присутствует сцена с обнажённой актрисой.