Nació en Tacubaya, fue la mayor de los hijos del matrimonio formado por la maestra normalista María Patiño Suárez y Manuel Olmedo Mayagoitia, un profesionista que trabajaba como contador y abogado en algunos de los establecimientos de la Ciudad de México.

A María de los Dolores Olmedo y Patiño Suárez, se le consideró una mujer polémica, audaz y representante del  feminismo del siglo XX. También se le conoce como una gran coleccionista de arte, cuyas obras se encuentran en el museo que lleva su nombre en el sur de la Ciudad de México, antes  “Hacienda la Noria”. 

Los biógrafos de Dolores Olmedo, mencionan que después de la muerte de su padre, la familia padeció hambre y escasez, este triste acontecimiento sucedió en los tiempos críticos de la Revolución Mexicana, época en el que el desabasto de alimentos se generalizó por la destrucción de líneas férreas y otros medios de transporte, colocando a los habitantes de la capital en condiciones de extrema necesidad.

Las condiciones de ese tiempo tampoco le permitieron a Dolores Olmedo estudiar de manera regular, por lo que ella y sus hermanos recibieron clases de su madre en la escuela primaria de Tacubaya. La influencia principal en su vida y su carácter provenía del ejemplo de su madre, por quién Dolores sintió una especial y abierta devoción. Años más tarde, logró cubrir los créditos de la secundaria e ingresó a la Escuela Nacional Preparatoria como requisito para la Universidad Nacional.

Entre los intelectuales más destacados de esa época estaban:  Vicente Lombardo Toledano, Manuel Gómez Morín, Alfonso Caso, Narciso Bassols, Antonio Castro Leal y Daniel Cosío Villegas. Dolores Olmedo conoció a Diego Rivera y también se enamoró de Howard S. Philips, con quien contrajo nupcias, su esposo fue una figura determinante en su formación intelectual. 

En 1924 Dolores conoció a Diego Rivera en el edificio de la Secretaría de Educación Pública, de ahí surgió una amistad y posó para él. Rivera realizó varios dibujos y una litografía. 

Dolores cursó dos años en la escuela de derecho, y más tarde concluyó sus estudios en arte en la Academia de San Carlos y de música en el Conservatorio Nacional.

Más tarde se casó con el editor de la revista Mexican Life, Howard S. Philips, con quien procreó a  sus cuatro hijos; Alfredo, Irene, Eduardo y Carlos. Fue en esta época en la que conoció a gran parte del grupo de contemporáneos: Carlos Pellicer, Salvador Novo, Jorge Cuesta, Xavier Villaurrutia, Jaime Torres Bodet, entre otros, formando la crema y nata de la juventud culta.

Dolores adquirió muchas obras de Diego Rivera, ya condenado a muerte por el cáncer que sufría, quien durante mucho tiempo la orientó a comprar piezas prehispánicas con las cuales inició su colección. La colección de piezas arqueológicas, diversos trabajos pictóricos, obras de arte y objetos que pertenecieron a Frida Kahlo serían destinadas para construir museos públicos.

Diego Rivera, en su testamento le heredó sus obras de arte para que fueran exhibidas en los museos. Un par de meses antes del fallecimiento de Diego Rivera, se firmó la escritura del fideicomiso, documento que fue firmado por Dolores Olmedo y Alfonso Quiroz Cuarón en donde se nombraba a Dolores como presidenta del comité técnico del fideicomiso. Por último, el 20 de octubre de 1957, Diego Rivera, en mal estado de salud, le otorgó los derechos autorales de todas sus obras, textos y documentos en su poder.

En 1962 compró la hacienda “La Noria”, en Xochimilco, donde reubicó su colección. Asimismo impulsó los siguientes instituciones culturales: 

Creación del Museo Arqueológico de Santa Cruz Acalpixca

Donación de terrenos para la construcción de centros educativos

Creación de la Fundación Dolores Olmedo Patiño A.C

Fideicomiso Museo Dolores Olmedo Patiño con el fin de albergar las 145 pinturas de Diego Rivera, 25 de Frida Kahlo, 42 de Angelina Beloff, más de 600 piezas prehispánicas reconocidas y registradas por el Instituto Nacional de Antropología e Historia, varios santos estofados del siglo XVIII, la colección de arte popular, 4.000 libros de la Biblioteca, pavos reales, guajolotes, patos, perros xoloitzcuintles y un jardín ecológico con más de 25 variedades de plantas y árboles mexicanos. 

Dolores Olmedo falleció el 27 de julio de 2002 en su casa de Xochimilco.