Будущая комсомолка-разведчица родилась в Твери в рабочей семье в 1920 году. Отец рано ушел из жизни, после его смерти мать с двумя детьми жили очень бедно, порой голодали. Однако, несмотря на трудности, Ольга Баранова, по свидетельствам своих сверстников и педагогов, росла жизнерадостным, добрым, активным и любознательным человеком. Неплохо училась, подрабатывала важатством, любила литературу и немецкий язык, танцы и спорт, занималась в конно-спортивной секции, участвовала в самодеятельности, после школы поступила в педагогический институт на факультет русского языка и литературы. Когда началась война, девушка заканчивала третий курс.
После эвакуации семьи из Калинина в Беле-Кушальское Ольга решила уйти в партизаны или заняться подпольной работой. Ее уровень знания немецкого, приятная внешность, способность легко входить в контакт с незнакомыми людьми, физическая подготовка были высоко оценены разведывательно-агентурным аппаратом НКВД.
На территории Калинина во время оккупации действовали несколько диверсионных и разведывательных групп, участниками которых были в основном молодые люди. В одной из таких групп вместе с Надеждой Ахматовой была и Ольга Баранова.
В начале ноября девушки перешли Волгу по льду из Затверечья на оккупированную сторону города. Начинали они работать на немцев прачками, потом Ольга стала переводчиком в штабе полевой жандармерии на улице Софьи Перовской, где в подвалах у нее на глазах фашисты зверски пытали людей. Потом ее перевели в штаб тайной полевой полиции в поселке Первомайский. Отсюда она передавала имена немецких агентов, детали их внедрения через линию фронта и задачи, которые им было поручено исполнять, а также другую информацию.
В ночь на 1 декабря Ольгу Баранову и Надежду Ахматову арестовали по доносу. Допросы и жестокие пытки продолжались до 6 декабря 1941 года, в этот день разведчиц расстреляли. Девушки отказались от всех «выгодных» предложений оккупантов, на вопросы отвечая одно: «Я ничего не знаю».
Обе разведчицы похоронены вместе с другими убитыми подпольщиками и партизанами в братской могиле Смоленского захоронения на набережной Лазури.
В 2020 году имя Ольги Константиновны Барановой было внесено в Золотую книгу Твери.
