Ele deixa a esposa, Roxane, oito filhos e 18 netos.
Em 8 de julho de 2021, Olavo deu entrada no Instituto do Coração do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da USP (InCor), em São Paulo, para fazer exames e uma avaliação cardiológica, segundo nota do hospital. Na época, o escritor já residia na cidade de Petersburg, no estado da Virgínia, nos Estados Unidos.
No período em que ficou internado, Carvalho teve crise de angina e foi submetido a tratamento para compensação cardíaca.
Em 13 de julho, passou por uma cirurgia de emergência para revisão da operação da bexiga realizada em maio do mesmo ano nos Estados Unidos. Ele teve alta após dez dias e passou a fazer um acompanhamento em casa.
Em 9 de agosto, porém, Carvalho voltou a ser hospitalizado no InCor, com quadro de insuficiência cardíaca e renal aguda e infecção sistêmica.
Ele era portador da Doença de Lyme, uma infecção transmitida por carrapato que causa irritações na pele e sintomas semelhantes aos da gripe. Carvalho também era cardiopata.