Великая княгиня Ольга Федоровна Романова, урождённая Цецилия-Августа, принцесса и маркграфиня Баденская, родилась 8 (20) сентября 1839 года в городе Карлсруэ, в графстве Баден в Германии. Она была младшей дочерью великого герцога Леопольда Баденского (1790-1852) и Софии Вильгельмины Шведской. Кроме того, она приходилась двоюродной сестрой российской императрице Елизавете Алексеевне.
Принцесса Цецилия выросла в спартанских условиях, о чем никогда не сожалела. Её отец был строг к своим детям, но мягок к подданным. Его считали первым немецким правителем, проводившим в своем государстве либеральные реформы. Все это наложило определенный отпечаток на мировоззрение будущей великой княгини.
28 августа 1857 года, в возрасте 18 лет, она вышла замуж за Великого князя Михаила Николаевича (1832-1909), младшего сына российского императора Николая I. Для этого Цецилия-Августа перешла в православие, получила имя Ольги Федоровны и титул Великой княгини.
Великая княгиня Ольга Фёдоровна имела сильный темпераментный характер и обладала острым умом. Но своим таким же острым языком она доставила немало неприятных минут Александру III и императрице Марии Федоровне. Особенно её возмутило решение императора ограничить круг великих князей, в который не попадали её собственные внуки. Александр III как-то с досадой сказал о ней: "Ольгу Фёдоровну все признают умною женщиной. В чем же выражается этот ум? Сплетничает и читает пустейшие романы, а никаким серьёзным делом заниматься не хочет". Граф Сергей Витте, кстати, в своих мемуарах утверждал, что Александр III недолюбливал Ольгу Фёдоровну из-за того, что та имела родственные связи с представителями династии еврейских финансистов из Карлсруэ, а император был не чужд антисемитизма. Та же самая неприязнь распространялась позднее и на семерых детей Ольги Федоровны - Николая (1859-1919), Анастасию (1860-1922), Михаила (1861-1929), Георгия (1863-1919), Александра (1866-1933), Сергея (1869-1918) и Алексея (1875-1895).
Ольга Фёдоровна, единственная из всей семьи, не имела никаких государственных или общественных обязанностей, посвятив себя детям и мужу. Своему супругу она стала не только любящей женой, но и верным и мудрым соратником. Почти двадцать лет ее семья прожила на Кавказе, так как ее муж с 1862 по 1881 год был наместником в Тифлисе. Помимо официальных обязанностей как супруги императорского наместника, Ольга Фёдоровна оказывала всяческую поддержку Михаилу Николаевичу, который осуществлял руководство реформами императора Александра II в Грузии. За воспитанием и образованием детей мать строго следила, требуя полного подчинения. Единственную дочь Анастасию родители по своему решению в 1878 году выдали замуж за наследника Мекленбург-Шверинского великогерцогского престола Фридриха Франца III, не спросив её мнения. И хоть у Анастасии Михайловны была трудная судьба, во многом ей все-таки повезло. Она умерла в марте 1922 года во Франции естественной смертью и была похоронена в Людвигслусте (в Германии) рядом со своим мужем, лишь издали следя за трагическими событиями в России.
На повзрослевших сыновей великой княгине Ольге Фёдоровне повлиять не удалось. Они устроили свою судьбу по собственному усмотрению. И судьба их также была непростой. Николай и Георгий были расстреляны большевиками в Петрограде в январе 1919 года, великого князя Сергея Михайловича расстреляли еще раньше - 18 июля 1918 года в Алапаевске. Спастись, кроме насильно вышедшей замуж Анастасии, удалось лишь великим князьям Михаилу Михайловичу (он умер и похоронен в 1929 году в Лондоне) и Александру Михайловичу (в 1920 году он смог покинуть Россию, и умер в 1933 году во Франции). Младший из детей, Алексей, умер от туберкулеза в 1895 году, не дожив до 20 лет.
Не занимая никаких государственных должностей, великая княгиня Ольга Фёдоровна большое внимание уделяла благотворительности, особенно в области женского образования. В 1864 году она, в значительной степени на личные средства, организовала в Тифлисе женское училище I-го разряда, позднее переименованное в Первую Тифлисскую Великой княгини Ольги Фёдоровны женскую гимназию. Позднее появилась и прогимназия. При участии Ольги Фёдоровны существовала и первая осетинская школа для девочек. Созданная в 1866 году протоиреем Алексеем Колиевым во Владикавказе, позднее по распоряжению председателя "Общества восстановления христианства на Кавказе" великого князя Михаила Николаевича школа была преобразована и принята под покровительство великой княгини Ольги Фёдоровны. Школа стала именоваться Осетинским Ольгинским приютом.
В 1884 году в Санкт-Петербурге Ольга Фёдоровна стала покровительницей новой Александровской мужской больницы (ныне городская психиатрическая больница №7). Ольга Фёдоровна была также покровительницей бесплатной лечебницы (приюта) на десять кроватей для "недостаточных посетителей Вод" в Пятигорске. Сама лечебница получила название Святой Ольги. Великая княгиня была также шефом 21-й артиллеристской Ее Императорского высочества Великой княгини Ольги Фёдоровны бригады.
Большим ударом для Ольги Фёдоровны стала женитьба сына Михаила на графине Софии фон Меренберг, которая была старшей дочерью принца Николая-Вильгельма Нассауского и дочери А.С. Пушкина Натальи Александровны Пушкиной-Дубельт, в феврале 1891 года. В марте 1891 года великая княгиня послушалась врачей и поехала поправить расстроенное здоровье в Крым. Телеграмму, извещавшую о заключении брака, Ольге Фёдоровне вручили на железнодорожной станции в Харькове, где делал короткую остановку поезд. Сообщение о браке сына так потрясло великую княгиню, что у неё начался сердечный приступ. Ольга Фёдоровна умерла в Харькове 31 марта (12 апреля) 1891 года в возрасте 51 года.
Похороны состоялись 5 (17) апреля в Петропавловском соборе в Санкт-Петербурге. В честь великой княгини Ольги Фёдоровны была названа одна из улиц Тифлиса - Ольгинская.
