בין מלחמות העולם חיו באוסטרוג כ-8,500 יהודים – יותר ממחצית אוכלוסייתה. הם התפרנסו ממסחר וממלאכה, מייצוא תוצרת חקלאית ומייצור מוצרי סדקית, טקסטיל וברזל. הם הסתייעו בג'וינט ובארגון יוצאי אוסטרוג בארצות-הברית וכן בארבעה מוסדות יהודיים להלוואה וחיסכון שפעלו בעיר. סגירת הגבול הסמוך עם ברית-המועצות באמצע שנות העשרים פגעה קשות בפרנסתם של יהודי העיר. הקהילה היהודית בעיר קיימה בית חולים, בית מרקחת ובית יתומים. סניף טא"ז בעיר דאג לבריאותם של הילדים בבתי הספר וקיים קייטנות לילדי עניים. באוסטרוג פעלו בית ספר דתי עברי, תלמוד תורה, שתי ישיבות וכן בתי ספר וגני ילדים בעברית וביידיש של רשת "תרבות" ושל ציש"א, ומ-1936 – גם גימנסיה "תרבות". בעיר פעלו מפלגות ציוניות והבונד, תנועות נוער וקיבוצי הכשרה, והוקמו בה שתי ספריות יהודיות.
בתקופת השלטון הסובייטי, מספטמבר 1939 ועד יוני 1941, היה באוסטרוג ראש עיר יהודי –מוטל גורין (Gorin) שמו, פעיל לשעבר בבונד. לאחר פלישת הגרמנים לברית-המועצות, ב-22 ביוני 1941, הצליחו כ-1,000 מיהודי אוסטרוג להתפנות מזרחה.
ב-3 ביולי 1941 כבשו הגרמנים את העיר. בקרבות נהרגו כ-500 יהודים. הוטל על היהודים עוצר לילה ממושך, והם נצטוו לשאת סרט שרוול ועליו מגן דוד. כמה ימים לאחר הכיבוש מינו הגרמנים יודנרט באוסטרוג.
ב-4 באוגוסט 1941 רצחו אנשי ס"ס בין 957 ל-2,000 יהודים (על-פי מקורות שונים) מאוסטרוג מחוץ לעיר; רוב הנרצחים היו זקנים, נשים וחולים. למחרת החרימו הגרמנים את כל חפצי הערך של היהודים והטילו עליהם תשלום כופר גבוה. ב-1 בספטמבר 1941 רצחו הגרמנים ביער ניקיטין (Nikitycze) כ-2,500 גברים יהודים. לאחר שתי האקציות האלו, שבהן נרצחו גם רוב חברי היודנרט, מונה יודנרט חדש והוקם שירות סדר יהודי ובו חמישה שוטרים.
לאחר האקציות רוכזו יהודי אוסטרוג הנותרים, רובם נשים וילדים, בגטו. הגטו נסגר ביוני 1942. היהודים הועסקו בעבודת כפייה באוסטרוג ובסביבתה. כמה יהודים נרצחו בעוון הברחת מזון.
היודנרט של אוסטרוג שיתף פעולה עם היודנרטים של זדולבונוב (Zdolbunow) ומיזוץ' (Mizocz) בניסיון לשחד את הגרמנים על מנת שיבטלו את חיסולם של הגטאות בשלושת היישובים האלו. הניסיון נכשל.
גטו אוסטרוג חוסל ב-15 באוקטובר 1942; כ-3,000 היהודים שישבו בו הובלו לאתר רצח מחוץ לעיר. כ-800 מהם נמלטו ממקום הטבח, אך רובם נלכדו ונרצחו לאחר מכן. קרוב ל-30 יהודים מאוסטרוג שחיו ביער ליד הכפר חורוב (Chorow) הצטרפו ליחידות פרטיזניות סובייטיות.
