Родился 9 мая 1949 года в селе Хворостянка (ныне Самарская область). Окончил 10 классов средней школы № 20 Херсона в 1966 году, после которой попытался поступить в медицинский институт, но не прошёл по конкурсу. Учился в медицинском училище, одновременно работая препаратором медсанчасти Херсонского хлопчатобумажного комбината. В 1967 году поступил в Крымский медицинский институт, расположенный в Симферополе.
Во время учёбы женился и переехал в Москву, где окончил 1 ММИ имени И. М. Сеченова в 1973 году. В 1975 году окончил ординатуру, а в 1978 аспирантуру НИИ кардиологии ВКНЦ АМН СССР. С 1978 года работал в клинико-функциональном отделе ИКК имени А. Л. Мясникова сначала младшим научным сотрудником, а с 1982 года - старшим научным сотрудником. Доктор медицинских наук.
В 1975 года начинает обследовать космонавтов в Центре подготовки космонавтов.
В 1976 году прошёл медицинский отбор в отряд врачей-космонавтов, а в январе 1977 года прошёл медкомиссию в Институте медико-биологических проблем (ИМБП). В отряд космонавтов-медиков не был представлен, поскольку не захотел переходить на работу в ИМБП, но тренировки в ИМБП не прекращал.
В конце 1970-х годов было принято решение послать в космический полёт пожилого космонавта для исследования влияния факторов космического полёта на его организм. В 1982 году был выбран Константин Петрович Феоктистов, которому в то время было 56 лет. Для наблюдения его организма на борту был назначен Олег Атьков и его направили на подготовку в Центр подготовки космонавтов. Однако в связи с внезапным обострением хронической болезни полёт Феоктистова был отменён, но Атьков, уже проходящий индивидуальную подготовку по программе космонавта-исследователя, был назначен на должность врача-космонавта Всесоюзного кардиологического центра Академии медицинских наук СССР. В октябре 1983 года было принято решение о включении его в экипаж третьей основной экспедиции на орбитальной станции «Салют-7» как врача-космонавта-исследователя.
C 8 февраля по 2 октября 1984 года вместе с другими членами экипажа космического корабля «Союз Т-10» совершил космический полёт на орбитальную станцию «Салют-7». Общая продолжительность полёта составила рекордный на то время срок - 236 суток 22 часа 49 минут. Во время полёта Атьковым были проверены новая аппаратура и приборы для оценки состояния космонавтов, был проведён ряд уникальных экспериментов.
После возвращения Олег Атьков продолжил работу в Институте клинической кардиологии, в 1984 году стал заведующим лабораторией функциональных методов исследования, в 1986 году защитил докторскую диссертацию, с 1987 года руководит отделом новых методов диагностики и исследований. Одновременно с этим с 1991 года является профессором, заведующим кафедрой методов диагностики Российского государственного медицинского университета. Занимается клинической и педагогической деятельностью, одновременно продолжая работу в области космической физиологии и медицины, участвует в экспериментах при полётах по параболе Кеплера на специально оборудованных самолётах А-300 и Ил-76ТД.
В 1985 году был избран почётным доктором Университета имени Гумбольдта в Берлине.
В 1991 году назначен президентом Российской ассоциации специалистов ультразвуковой диагностики в медицине.
В 1992 году основал научный журнал «Визуализация в клинике» и является его главным редактором.
C 1999 по 2002 год являлся руководителем отдела новых методов диагностики Российского кардиологического научно-производственного комплекса Министерства здравоохранения Российской Федерации. В 2000 года назначен президентом Российской ассоциации телемедицины и работал экспертом-консультантом в области телемедицины Европейской комиссии в Брюсселе.
В 2002 году назначен руководителем Департамента здравоохранения Министерства путей сообщения России.
В 2003 году назначен начальником Департамента медицинского обеспечения ОАО «Российские железные дороги».
17 августа 2005 назначен вице-президентом ОАО «РЖД» по здравоохранению и работе с общественными организациями.
Олег Атьков является автором более 150 научных трудов, в число которых входят 4 монографии, 14 изобретений и 3 патента.
