Ольга Санфирова родилась 2 мая (19 апреля) 1917 года в Самаре, в семье рабочего Александра Васильевича Виноградова. После революции её отец вступил в РККА, но в 1932 году был демобилизован по состоянию здоровья. Семья переехала в Новоургенч Узбекской ССР, где Ольга окончила 9 классов. С самого начала проявила интерес к авиации, поступив в аэроклуб в городе Коломна.
Хотя приём в аэроклуб уже был закрыт, Ольга благодаря рекомендации начальника аэроклуба В. Голованевского устроилась работать ученицей препаратора в химической лаборатории на заводе. В 1936 году она была зачислена в аэроклуб, успешно прошла обучение и повысила лётную квалификацию в Батайской военной авиационной школе пилотов. Затем работала пилотом и лётчиком-инструктором.
В декабре 1941 года Ольга была призвана в армию по мобилизации ЦК ВЛКСМ и направлена на курсы при Энгельсской военной школе пилотов. После переподготовки в 1942 году зачислена лётчицей 588-го бомбардировочного авиационного полка. Участвовала во многих боевых вылетах на самолёте По-2, проявив выдающееся мастерство.
Ольга Санфирова активно участвовала в освобождении Северного Кавказа, Крыма и Белоруссии. Под её командованием эскадрилья произвела значительное количество боевых вылетов, сыграв важную роль в различных операциях.
13 декабря 1944 года, при возвращении с боевого задания, самолёт Ольги Санфировой подвергся сильному зенитному огню. В попытке дотянуть машину к линии фронта, чтобы покинуть её, она подорвалась на противопехотной мине. Её похоронили в братской могиле в Гродно.
23 февраля 1945 года ей было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.