Олег Фомин родился 21 мая 1962 года в Тамбове. Мечтал стать актёром с детства. Ещё в школе был участником художественной самодеятельности.
После школы поступил одновременно в несколько московских театральных вузов, выбрал Высшее театральное училище имени М.С. Щепкина, где учился в актёрской мастерской Юрия Соломина. После окончания учёбы в 1983 году уехал в Ригу, служил в Государственном театре юного зрителя, где играл главные роли.
В 1988 году Олег Фомин сыграл роль Андрея Савичева по кличке «Арлекино» в криминальной драме «Меня зовут Арлекино» по мотивам пьесы Юрия Щекочихина «Ловушка 46, рост второй».
В 1992 году Рижский театр юного зрителя реорганизовали, артисты труппы остались без работы, Фомин сначала вернулся в родной Тамбов, а потом отправился заново покорять Москву, где занялся режиссёрской деятельностью.
В 1997 году вышел мистический триллер «Мытарь» Олега Фомина по сценарию Ивана Охлобыстина с Михаилом Глузким, Александром Пороховщиковым, Юозасом Будрайтисом и Алексеем Жарковым в главных ролях. А режиссёрский успех в кино пришёл к Фомину с телесериалом «Next («Следующий») (2001).
Как режиссёр Фомин также работал над фильмами и телесериалами: «Next 2» (2002), «Next 3» (2003), «КГБ в смокинге» (2005), «День выборов» (2007), «Молодой Волкодав» (2007), «Господа офицеры: Спасти императора» (2008), «Афганский призрак» (2008), «Штрафник» (2016), «Операция «Мухаббат» (2017), «СМЕРШ» (2019) и многими другими. Олег Фомин является режиссёром некоторых выпусков киножурнала «Ералаш» (сюжеты «Завтрак аристократа», «Ураган», «Гав-гав шоу», «Арбуз», «Мышка») (1998-20001).
Режиссёр активно снимался не только в своих фильмах. В фильмографии Фомина-актёра такие фильмы, как «Фанат 2» (1990), «Стервятники на дорогах» (1990), «Игра всерьёз» (1992), «Убить лицедея» (1997), «Контракт со смертью» (1998), «Марш Турецкого» (2000), «Весьегонская волчица» (2004), «Адмиралъ» (2008), «Отдел С.С.С.Р.» (2011), «Лютый» (2013), «Экипаж» (2016), «Холодные берега. Возвращение» (2021).
В 1995 году Фомин поставил антрепризный спектакль «Пещерные люди», в 1996-ом в Московском государственном театре «Ленком» вышел антрепризный спектакль «Нина», а в 2017-ом - спектакль «Доктор знает все», в котором Олег Фомин сыграл одну из ролей вместе с Алексеем Макаровым и Владимиром Фекленко.