Котов Олег Валериевич родился 27 октября 1965 года в г. Симферополе, Украина.

В 1982 году окончил среднюю школу в г. Москве и поступил в Военно-медицинскую академию им. С.М. Кирова, которую окончил в 1988 году по специальности «Лечебно-профилактическое дело».
С ноября 1988 года по декабрь 1990 года прошел специализацию по функциональной диагностике в Центральном военном научно-исследовательском авиационном госпитале (ЦВНИАГ), где изучил методики обследования летного состава.
В 1992 году окончил Московский институт промышленной собственности и инноватики по специальности «Патентное дело».
В 1996 году поступил в Качинское высшее военное авиационное училище летчиков им. А.Ф. Мясникова, которое окончил в 1998 году по специальности «летчик-инженер».
В 2010 году в Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по специальности «Гипоксическая тренировка и электроимпульсная нейрорегуляция в системе медицинской реабилитации после воздействия факторов космического полета».
В 2013 году окончил обучение в Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ по специальности «Государственное и муниципальное управление».

С 1988 года, после окончания академии, проходил службу в ЦПК имени Ю.А. Гагарина на должностях помощника ведущего врача-испытателя и ведущего врача-испытателя.
За время службы занимался проблемами высотной физиологии и влияния факторов космического полета на организм человека. Получил большой опыт работы по практической подготовке и медицинскому сопровождению внекорабельной деятельности экипажей ОК «Мир», проводил медико-биологическую подготовку экипажей по научной программе в качестве врача-методиста. Имеет квалификацию «водолаз 5-го разряда».
В 1996 году был зачислен в отряд космонавтов РГНИИЦПК имени Ю.А. Гагарина на должность кандидата в космонавты-исследователи.
В период с июня 1996 года по март 1998 года прошел курс общекосмической подготовки. В марте 1998 года на заседании Межведомственной комиссии ему была присвоена квалификация «космонавт-исследователь».
С мая по август 1998 года прошел подготовку к космическому полету на ТПК «Союз ТМ» и ОК «Мир» в качестве космонавта-исследователя дублирующего экипажа по программе 26-й экспедиции посещения.
С октября 1998 года начал подготовку в составе группы космонавтов-испытателей для полетов на МКС.
В декабре 1999 году присвоена квалификация «космонавт-испытатель».
С октября 2002 года по февраль 2003 года проходил подготовку в дублирующем экипаже ЭП-5 МКС в качестве командира ТПК «Союз ТМА».
С февраля 2004 года по октябрь 2005 года проходил подготовку в составе дублирующего экипажа МКС-13 в качестве бортинженера МКС и командира ТПК «Союз ТМА».
С января 2006 года по апрель 2007 года прошел подготовку к космическому полету в составе основного экипажа МКС-15.
1-й космический полет совершил с апреля по октябрь 2007 года в составе экипажа 15-й длительной экспедиции на МКС в качестве командира ТПК «Союз ТМА» и бортинженера МКС. В ходе полета выполнил два выхода в открытый космос общей длительностью 11 часов 47 минут.
Продолжительность полета составила 196 суток.
С августа 2008 года по декабрь 2009 года готовился к полету в составе основного экипажа МКС-22/23 в качестве командира ТПК «Союз ТМА», бортинженера МКС-22 и командира МКС-23.
2-й космический полет выполнил с 21 декабря 2009 года по 2 июня 2010 года в составе экипажа 22/23-й длительной экспедиции на МКС в качестве командира ТПК «Союз ТМА-М», бортинженера МКС-22 и командира МКС-23. В экспедиции было проведено дооснащение МКС. К станции пристыковали два новых модуля: американский узловой модуль Tranquility, в состав которого входил обзорный модуль Cupola, и российский модуль МИМ1 «Рассвет». В ходе полета выполнил выход в открытый космос длительностью 5 часов 44 минуты.
Продолжительность полета составила 163 суток.
Олег Котов имеет суммарный космический налет 359 суток, выполнил три выхода в открытый космос общей продолжительностью 17 часов 31 минута.
С сентября 2011 года по март 2013 года проходил подготовку в составе дублирующего экипажа МКС-35/36 в качестве командира ТПК «Союз ТМА-М» и бортинженера МКС.
С марта 2013 года готовится к полету в составе основного экипажа МКС-37/38 в качестве командира ТПК «Союз ТМА-М», бортинженера МКС-37 и командира МКС-38.

В 2008 году присвоено звание Героя Российской Федерации с вручением медали «Золотая звезда» и почетного знака «Летчик-космонавт Российской Федерации».
Награжден орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени, медалями Вооруженных сил Российской Федерации «За отличие в воинской службе» трех степеней, «За воинскую доблесть» I и II степени, «За службу в Военно-воздушных силах»; знаком
«50 лет первого полета человека в космос»; награжден медалями NASA: «Distinguished Public Service Medal», «Space Flight Medal».

Женат. В семье двое детей.