Залив открыт и описан в июле 1856 года экипажем трехмачтового 17-пушечного винтового пароходо-фрегата королевского флота Великобритании «Хорнет» (англ. HMS Hornet). Капитан Чарльз Форсайт (англ. Charles Forsyth) дал заливу имя Порт Майкл Сеймур (англ. Port Michael Seymour) — в честь адмирала сэра Майкла Сеймура, который в тот момент находился на борту корабля.
Вечером 14 (26) июля 1857 года залив с бухтой и двумя речками был обнаружен с российского пароходо-корвета «Америка» под командованием Н. М. Чихачёва[2].
«Продолжая оный путь к югу, корабль держался весьма близко к берегу, но описывать оный было нельзя по причине беспрерывно находившей густой пасмурности, недозволявшей следить за его изменениями. Погода прояснилась лишь за два часа до захода солнца, к счастью, в то время, когда пароходу надлежало проходить мимо острова, скрывавшего за собой значительное углубление. Этот новый залив, также неозначенный на картах, назвал заливом Святой Ольги…»
Залив тогда же и получил своё первое название — Святой Ольги, в честь княгини Киевской Руси Ольги. Бухта в заливе была названа Тихая Пристань. Речка, впадающая в залив, — Аввакумовка, в честь отца Аввакума, а речка, впадающая в бухту, — Ольга. Утром следующего дня отец Аввакум сделал крест, написал на нём даты и имена первооткрывателей залива Ольги, а затем установил его на близлежащей сопке (которая с тех пор называется Крестовой)[1].
В 1858 году на берегу основали военный пост, его первым начальником стал командир транспорта «Байкал» лейтенант Н. К. Дерпер. Промерами, обследованием и описью в зиму с 1858 на 1859 год занимались экипажи транспорта «Байкал» и корвета «Воевода», которые пришли сюда на зимовку. Летом 1859 года отряд из экспедиции полковника К. Ф. Будогосского вышел к берегам залива и положил его на карту.