Олег Долгов родился в Брянске. Окончил Московскую государственную консерваторию (2004, класс Е. Г. Кибкало). В 2004–2006 годах обучался в Центре оперного пения Галины Вишневской, где исполнил партии Герцога («Риголетто» Дж. Верди), Хозе («Кармен» Ж. Бизе), Водемона («Иоланта» П. Чайковского) и Самозванца («Борис Годунов» М. Мусоргского).
Лауреат Международного конкурса «Тенора России» (Москва), дипломант Международного конкурса вокалистов в Неаполе (Италия).
Солист Государственной академической симфонической капеллы России под управлением Валерия Полянского. В 2012–2014 годах — солист Московского театра «Новая опера». С ноября 2014 года – солист Большого театра. В его репертуаре партии: Водемона, Германа, Княжича Юрия и Карла VII («Иоланта», «Пиковая дама», «Чародейка» и «Орлеанская дева» П. Чайковского), Лыкова («Царская невеста» Н. Римского-Корсакова), Сергея («Катерина Измайлова» Д. Шостаковича), Дона Карлоса и Альфреда («Дон Карлос» и «Травиата» Дж. Верди) и Хозе («Кармен» Ж. Бизе).
Также в репертуаре певца ведущие теноровые партии в операх «Евгений Онегин» П. Чайковского, «Ночь перед Рождеством» Н. Римского-Корсакова, «Алеко» С. Рахманинова, «Война и мир» С. Прокофьева, «Царь Эдип» И. Стравинского, «Игроки» Д. Шостаковича, «Сила судьбы», «Аида», «Бал-маскарад», «Трубадур», «Луиза Миллер» и «Набукко» Дж. Верди, партии тенора в Мессе си минор И. С. Баха, «Нельсон-мессе» и оратории «Семь последних слов Спасителя на кресте» Й. Гайдна, Симфонии № 9 Л. ван Бетховена, Реквиеме и Мессе до минор В. А. Моцарта, «Маленькой торжественной мессе» и Stabat Mater Дж. Россини, Симфонии № 6 Ф. Шуберта, симфонии «Ромео и Юлия» Г. Берлиоза, Реквиеме и Stabat Mater А. Дворжака, «Немецком реквиеме» И. Брамса, Реквиеме А. Брукнера, Реквиеме С. Беринского, Реквиеме, Симфонии № 2 и кантате «История доктора Иоганна Фауста» А. Шнитке. В 2000 году Олег Долгов участвовал в российской премьере оперы А. Шнитке «Джезуальдо» (дирижер – Валерий Полянский).
Принимал участие в постановках опер «Война и мир» С. Прокофьева и «Лоэнгрин» Р. Вагнера на фестивале в Сполето (Италия), оперы «Черевички» П. Чайковского в театре Ла Скала (Италия), «Игроков» (партия Ихарева) и «Большой молнии» (партия Архитектора) Д. Шостаковича на Голландском фестивале в Амстердаме (Капелла Амстердама и Гаагский резиденц-оркестр, дирижер Мартин Браббинс). На фестивалях имени М. Ростроповича в Баку и Нижнем Новгороде исполнил вокальный цикл «Из еврейской народной поэзии» Д. Шостаковича. Исполнил партию Хозе на сцене Клайпедского музыкального театра (Литва), участвовал в концертном исполнении оперы П. Чайковского «Иоланта» с Большим симфоническим оркестром имени П. И. Чайковского под руководством В. Федосеева в Токио. Спел партию Григория в опере «Борис Годунов» в Валлонской Королевской Опере в Льеже (Бельгия) и на Международном фестивале в Сантандере (Испания). На Международном оперном фестивале в Мишкольце (Венгрия) исполнил партию Герцога в опере Дж. Верди «Риголетто». Много гастролирует с концертными программами в городах России, странах ближнего и дальнего зарубежья.