Ольга Онегина родилась в Ленинграде. В 1986 – 1990 обучалась в Музыкальном училище им. Римского-Корсакова при Ленинградской консерватории по специальности фортепиано у И. И. Шароградской и Л. Н. Синцева, в 1990 – 1995 – в Ленинградской консерватории в классе Л. Н. Синцева, у него же в 1995 – 1997 продолжила обучение в ассистентуре-стажировке.
С 1998 г. преподает в Санкт-Петербургской государственной консерватории и в Санкт-Петербургском государственном университете культуры и искусств, с 2012 – в должности доцента. В 1998 – 2006 преподавала на фортепианном отделе Музыкального училища им. Римского-Корсакова при Санкт-Петербургской консерватории.
С 1995 начала выступать с сольными концертами в России (Малый зал Санкт-Петербургской консерватории, Малый зал филармонии, Государственная академическая Капелла Санкт-Петербурга, Дом Кочневой, Белый зал Политехнического университета, Филармония Республики Коми) и Финляндии. В репертуаре сочинения Баха, Моцарта, Бетховена, Шуберта, Шумана, Шопена, Листа, Брамса, Мусоргского, Ляпунова, Рахманинова, Скрябина. В 2010 г. защитила кандидатскую диссертацию на тему «Фортепианная музыка С. М. Ляпунова. Черты стиля». Является автором 20 научных работ, в том числе монографии «Фортепианное творчество С. М. Ляпунова».
Неоднократно принимала участие в международных научных конференциях, в том числе в Международном симпозиуме, посвященном 150-летию Санкт-Петербургской консерватории.