אולג בלוחין נולד בקייב, אוקראינה (בעבר ברית המועצות) לאב רוסי ואמא אוקראינית. שני הוריו היו ספורטאים בצעירותם - אביו היה אלוף קייב בריצת 100 ו-200 מטר ואמו הייתה אלופת ברית המועצות בריצת 100 מטר משוכות ובקרב חמש. אולג שיחק מגיל צעיר מאוד בקבוצת הנוער של דינמו קייב ובגיל 17 הצטרף לקבוצת הבוגרים של המועדון, בה שיחק ברוב הקריירה שלו.
בלוחין הוא שיאן ההופעות של דינמו קייב עם 433 הופעות ומלך השערים שלה בכל הזמנים עם 211 שערים. בלוחין שיחק גם בנבחרת ברית המועצות והופיע במדיה ב-112 משחקים, שיא הופעות בנבחרת לשחקן סובייטי. הוא גם מלך השערים בכל הזמנים של הנבחרת הסובייטית עם 42 שערים. יחד עם הנבחרת השתתף בשני מונדיאלים - 1982 ו-1986. בלוחין שיחק גם 12 משחקים במדי הנבחרת האולימפית של ברית המועצות וזכה עמה במקום שלישי בשתי אולימפיאדות רצופות - ב1972 וב1976. רוב ימיו הוא כונה "האביר של דינמו".
בשנת 1988 היה בלוחין לשחקן הכדורגל הסובייטי הראשון שהורשה ועבר לשחק בחו"ל בקבוצות פורוורטס שטייר (אוסטריה) ואריס לימסול (קפריסין). בשנת 1990 פרש בלוחין ממשחק פעיל.
בשנים 1990 - 2002 אימן כמה קבוצות בליגה היוונית. בשנת 2002 חזר לאוקראינה, שם נבחר לחבר פרלמנט מטעם המפלגה הסוציאל-דמוקרטית של אוקראינה. כעבור שנה פרש מהפוליטיקה ומונה למאמן נבחרת אוקראינה.
בשנת 2006 הצליח להוביל את נבחרת אוקראינה לראשונה למונדיאל. באותו הטורניר נבחרתו הגיעה עד לשלב רבע גמר, בו הפסידה 3-0 לנבחרת איטליה.
בדצמבר2007, לאחר שנבחרת אוקראינה לא הצליחה להעפיל לאליפות אירופה, פרש מאימון הנבחרת.
לאחר פרישה מאימון הנבחרת עבר בלוחין למוסקבה, שם אימן במשך שנה את קבוצת מועדון הכדורגל מוסקבה. בשנת 2009 מונה למנהל אדמיניסטרטיבי של קבוצת צ'רנומורץ אודסה. באביב 2011 מונה שוב לתפקיד המאמן הראשי של נבחרת אוקראינה לקראת טורניר היורו אותו אירחה לצד פולין. בטורניר נבחרת אוקראינה נחלה אכזבה כשהודחה בשלב הבתים, מה שגרם לבלוחין לסיים את תפקידו ולחזור לאמן את דינמו קייב.
אולג בלוחין היה נשוי לאירינה דריוגינה (אנ'), אלופת עולם לשעבר בהתעמלות אמנותית. הזוג התגרש בתחילת שנות ה-90. מנישואין אלו נולדה בתו אירינה (1983).
בסוף שנות ה-90 התחתן בלוחין בשנית. מנישואיו השניים יש לו שתי בנות - אנה (2001) ויקטרינה (2002).
