Впервые Олыка упоминается в Ипатьевской летописи под 1149 годом как Олыча, Олыца. В 1547 году владельцем Олыки стал Николай Радзивилл Чёрный. Он получил от императора Карла V наследный титул князя на Олыке и Несвиже, утверждённый в 1549 году королём Сигизмундом-Августом.
В 1558 году здесь был возведен Олыцкий замок, который частично сохранился до наших дней и охраняется государством как памятник архитектуры.
Рядом с замком, по проекту известных архитекторов Бенедетто Молли и Джованни Маливерна, был построен коллегиальный костёл Святой Троицы.
В 1795 году, после третьего раздела Польши, Волынь вошла в состав Российской империи. Олыка была местечком Дубенского уезда Волынской губернии, в котором в 1870 году насчитывалось 413 дворов и регулярно проходили ярмарки[2]. Здесь провел свои последние годы первый римско-католический епископ Минска Якуб Игнацы (Яков Игнатий) Дедерко (ум. 1830).
В 1897 году здесь насчитывалось 505 дворов и 4882 жителя, действовали мыловарня, красильня, начальное училище, церковно-приходская школа, две православные церкви, монастырь, католический костёл и 4 еврейских молитвенных дома[3].
В 1921 году по Рижскому договору, завершившему Советско-польскую войну, западная Волынь, включая современную Волынскую область, отошла Польше. В 1939 году Западная Украина была присоединена к СССР.