В 2006 г. окончил Военно-воздушную академию имени Ю.А. Гагарина с присвоением квалификации «специалист в области управления». Затем он проходил службу командиром авиационной эскадрильи ШАП. В 2012 г. уволился из Вооруженных сил в запас в звании полковника.
В феврале 2007 г. О.В. Новицкий был зачислен кандидатом в космонавты-испытатели в отряд космонавтов ЦПК имени Ю.А. Гагарина. В 2007-2009 гг. проходил общекосмическую подготовку, которую завершил, сдав государственные экзамены с оценкой «отлично». В августе 2009 г. решением Межведомственной квалификационной комиссии ему была присвоена квалификация «космонавт-испытатель».
Первый космический полет О.В. Новицкий совершил с 23 октября 2012 г. по 16 марта 2013 г. в качестве командира корабля «Союз ТМА-06М» и бортинженера МКС по программе 33/34-й основной экспедиции вместе с Е.И. Тарелкиным и астронавтом NASA Кевином Фордом. Позывной – «Казбек». Продолжительность полета составила более 143 суток.
В 2015 г. О.В. Новицкий с отличием окончил Российскую академию народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ по специальности «Государственное и муниципальное управление» с присвоением квалификации «магистр».
Второй космический полет он выполнил в период с 17 ноября 2016 г. по 2 июня 2017 г. в качестве командира корабля «Союз МС-03» и бортинженера МКС по программе 50/51-й основной экспедиции вместе с астронавтом ЕКА Тома Песке и астронавтом NASA Пегги Уитсон. Длительность полета – более 196 суток.
9 апреля 2021 г. О.В. Новицкий в третий раз стартовал на МКС, будучи командиром корабля «Союз МС-18». В его экипаж также вошли П.В. Дубров и астронавт NASA Марк Ванде Хай. 17 октября 2021 г. Олег Викторович должен вернуться на Землю вместе с актрисой Ю.С. Пересильд и режиссером К.А. Шипенко.
О.В. Новицкий награжден медалью «Золотая звезда» Героя Российской Федерации, орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени, медалями министерства обороны Российской Федерации «За участие в боевых действиях», «За воинскую доблесть» II степени, «За отличие в военной службе» I, II и III степеней, «За службу в Военно-воздушных силах», а также именными часами «За личное мужество». Имеет звание «Ветеран боевых действий».
В РГАНТД хранятся фотодокументы, на которых О.В. Новицкий запечатлен во время комплексных экзаменационных тренировок в ЦПК имени Ю.А. Гагарина, а также на пресс-конференциях перед отлетом на Байконур и после выполнения космических полетов.