Ольга Санфирова родилась 2 мая 1917 года в Самаре в семье рабочего, где окончила 7 классов. Оканчивать школу ей пришлось уже в городе Ново-Ургенч Узбекской ССР, куда переехала семья.

В 1930-е годы увлеклась авиацией. Отучившись в Коломенском аэроклубе, Ольга работала в Управлении санитарной авиации в Москве. В 1940 годы работала пилотом Московского отряда специального применения, летчиком инструктором 78-й учебной авиационной эскадрильи Западно-Сибирского управления гражданской авиации в городе Татарске Новосибирской области.

В Рабоче-крестьянскую Красную армию Санфирова вступила в декабре 1941 года. В 1942 году окончила Батайскую военную авиашколу пилотов.

Война для Санфировой началась в мае 1942 года, в 588-м ночном легкобомбардировочном авиаполку в период битвы за Северный Кавказ. Ольга Санфирова влилась в число «ночных ведьм» – именно так фашисты называли советских летчиц, совершавших ночные боевые вылеты и бомбивших позиции противника на легких и почти бесшумных «ПО-2». Вместе со своим штурманом Руфиной Гашевой Ольга стала одной из лучших в полку.

Когда 46-й авиаполк был преобразован в гвардейский, Ольга стала заместителем командира эскадрильи, а потом и командиром. Ольга Санфирова участвовала в боях за оборону и освобождение Северного Кавказа, Новороссийско-Таманской, Керченско-Эльтигенской, Крымской и Белорусской наступательных операциях.

Не раз экипажу Санфировой приходилось совершать посадки на подбитом самолете и ночами пробираться к своим. В 1944 году гвардии капитан, командир эскадрильи 46-го гвардейского Таманского Краснознаменного ордена Суворова ночного бомбардировочного авиаполка 325-й Осовецкой Краснознаменной ордена Суворова ночной бомбардировочной авиационной дивизии 4-й воздушной армии 2-го Белорусского фронта приняла участие в освобождении Польши.

Эскадрилья под командованием Санфировой произвела 3270 боевых вылетов с боевым налетом более чем 4500 часов. Гвардии капитан Санфирова О.А. произвела 630 вылетов, сбросив на врага 77 тонн бомбового груза. В результате бомбовых ударов уничтожено свыше двух взводов пехоты противника, один склад с боеприпасами, две артиллерийских точки, две переправы, пять автомашин, три пулеметные точки, вызвано 135 сильных взрывов и 78 очагов пожара. Войскам противника разбросано свыше 700 тыс. агитационных листовок. Экипаж Санфировой сбросил 25 тонн боеприпасов и продовольствия нашим войскам, блокированным в районе Эльтигена.

Неоднократно экипаж выполнял боевые задачи в ночное время, нанося значительный урон живой силе противника, сжигая технику и другие материальные ресурсы врага, ликвидируя артиллерийские точки. Благодаря мастерству и опыту, экипаж совершал необходимое число бомбометаний даже при сильном огне противовоздушной обороны противника.

Последний боевой вылет Ольга Санфирова совершила 13 декабря 1944 года. Выполнив боевую задачу, при возвращении в расположение полка в районе польского города Домослав экипаж попал под сильный заградительный огонь зенитных орудий противника. После точного попадания снаряда в бензобак «ПО-2» загорелся. Дотянув до линии фронта Санфирова и штурман Гашева покинули горящую машину. Приземлились они на нейтральной полосе на расстоянии 800 м друг от друга в районе польского города Покшивница. Руфина Гашева смогла добраться до наших позиций. Ольга Санфирова при переходе линии фронта наступила на мину и погибла.

За боевые заслуги Ольга Санфирова была награждена орденами Красного Знамени (1943), Отечественной войны I-й степени (1943), Александра Невского (1944), Ленина (1945), медалями. 23 февраля 1945 года гвардии капитану Ольге Александровне Санфировой посмертно было присвоено звание Герой Советского Союза.

Бюст героини установлен в городе Коломна, а на здании местного аэроклуба – мемориальная доска. В городе Самара есть улица Санфировой. 27 апреля 1965 года в честь Героя Советского Союза О. А. Санфировой был

назван бывший 8-й проезд на участке от ул. Симферопольской (ныне ул. Блюхера) до Семейкинского шоссе (ныне Московское шоссе).

В Гродно именем Ольги Санфировой названа улица.

16 июля 1947 года было принято решение исполкома Гродненского городского Совета депутатов трудящихся № 694 «О сооружении памятника [в парке имени Жилибера] воинам Советской Армии, погибшим в борьбе с немецко-фашистскими захватчиками» до 1 октября 1947 года.

В 1949 году на могиле поставлен памятник – четырёхгранный обелиск на гранитном постаменте, увенчанный пятиконечной звездой и скульптура воина со знаменем. В 1984 году могила благоустроена, зажжён Вечный огонь.

Похоронена Санфирова Ольга Александровна в городе Гродно в братской могиле советских воинов и партизан в парке имени Жилибера. На мемориальной плите № 1 мемориального комплекса на братской могиле советских воинов и партизан – имя Санфировой О. А.