Проходит по территории Городка металлургов. До 1964 года – улица Красноглинская.
Своим появлением улица Олимпийская обязана Красноглинской железнодорожной ветке. В течение 1937 года были проложены 4 километра ее путей и создана станция Сортировочная (ныне – Средневолжская).
В тот же период на четной стороне улицы Олимпийской для железнодорожников было построено несколько жилых домов. Некоторые из них – №№ 8 и 10, возведенные в 1939 году, – дожили до наших дней.
В первые годы Великой Отечественной войны в районе улицы Олимпийской, согласно городской легенде, находился банно-осмотровый пункт и санитарно-карантинная зона Безымянлага.
В 1950 году близ перекрестка улиц Олимпийской и Елизарова была смонтирована разворотная петля, а спустя четыре года проложена трамвайная ветка до улицы Алма-Атинской. Инициатором ее строительства выступил трест «Металлургстрой», возводивший в тот период Куйбышевский металлургический завод.
Активная жилая застройка на улице Олимпийской, особенно по нечетной ее стороне, велась куйбышевскими железнодорожниками на рубеже 1950–1960-х годов. Упомянутый выше металлургический завод отметился во второй половине 80-х возведением двух девятиэтажных домов. В одном из них (Олимпийская, 16) находится литературный музей-студия “И гений Пушкина нам освещает путь”.
Помимо жилых домов на улице Олимпийской есть учебные заведения – корпус № 6 и общежитие № 3 СамГУПС. В советское время в этих зданиях были детские сады.
Участок Олимпийской от улицы Алма-Атинской до Ракитовского шоссе еще в советское время был отдан под размещение промышленных предприятий. Однако среди них нашлось место и районному суду Кировского района, который находится в краснокирпичном здании с адресом Олимпийская, 57.
Пересекая Ракитовское шоссе, улица Олимпийская доходит до дачного массива. Здесь также имеется локальная достопримечательность – Зональный центр кинологической службы ГУВД (Олимпийская, 151).