Родился 27 мая 1964 года в Красноярском крае. Семья переехала в Тюмень. Здесь окончил 10 классов школы №29 (сейчас №5 корпус 2).
10 ноября 1982 года призван в ряды Вооруженных Сил. Прошел военную подготовку в учебной воинской части.
В апреле 1983 года прибыл в Республику Афганистан в штат 1 роты 177 отряда специального назначения (в/ч пп 43151). Дислоцировались в местечке Гульбахор — северо-восточном пригороде населенного пункта Джабаль-ус-Сирадж (уездного центра провинции Парван). В феврале 1984 года перебросили в район поселения Газни — столицы одноименной провинции. Рядовой Толмачев участвовал в боевых действиях в должности разведчика-пулеметчика.
С середины апреля 1984 года спецназовцы приняли участие в седьмой Панджшерской операции. Одиннадцать недель шли бои. 30 июня 1984 года у селения Базарак группу бойцов противник встретил интенсивным огнем. В ходе боестолкновения Олег Филиппович погиб: чтобы не попасть в плен — последним патроном выстрелил себе в сердце.
За мужество и героизм он удостоен высокой государственной награды — ордена Красного Знамени (посмертно).
Похоронен на Червишевском кладбище Тюмени. В честь выпускника на здании второго корпуса Тюменской СОШ №5 установлена мемориальная доска. На малой родине героя чтят подвиг бывшего земляка: имя отважного воина занесено в региональную книгу «Памяти павших» (парламентская газета «Тюменские известия»: «Про мгновения жизни и последний патрон…»; КНИГА ПАМЯТИ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ Афганистан (1979–1989), страница 168: «ТОЛМАЧЕВ Олег Филиппович»).