Ольга Сергеевна Евангулова родилась 12 сентября 1933 г. в г. Рыбинске. Окончила отделение истории и теории искусства исторического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Дипломная работа «Здание ремесленного заведения Московского Воспитательного дома» защищена в 1956 г. под руководством профессора М. А. Ильина (1903 ‒1981). После окончания МГУ в течение трех лет работала научным сотрудником Государственного музея архитектуры им. А. В. Щусева.
По завершении обучения в очной аспирантуре МГУ (1959 ‒ 1962) успешно защитила в 1963 г. под руководством профессора А. А. Фёдорова-Давыдова (1900 ‒ 1969) кандидатскую диссертацию «Дворцово-парковые ансамбли Москвы первой половины XVIII века» (на примере Лефортовского дворца). С этого периода работала на кафедре истории отечественного искусства исторического факультета МГУ в должностях: ассистента, старшего преподавателя, доцента (1979), с 1992 г. ‒ профессора; с 1976 по март 2007 г. ‒ заместитель заведующего кафедрой. В 1989 г. она защитила докторскую диссертацию «Изобразительное искусство в России первой четверти XVIII века. Проблемы становления художественных принципов Нового времени» (представлена в виде монографии).
С 2010 г. ‒ постоянный куратор международной конференции «Актуальные проблемы теории и истории искусства».
Умерла 23 октября 2016 г. в Москве, похоронена на Ваганьковском кладбище.