Олеся Петрова родилась в Ленинграде. В 2001 г. поступила на вокальное отделение в Музыкальное училище им. Н.А. Римского-Корсакова (класс Татьяны Сердюк). После двух лет обучения поступила на вокальный факультет Санкт-Петербургской государственной консерватории в класс народной артистки СССР, профессора Ирины Богачёвой. В 2004 году получила звание лауреата и стала обладательницей специальных призов II Всероссийского конкурса вокально-фортепианных дуэтов <Три века классического романса> (Санкт-Петербург). Лауреат I Международного конкурса оперных артистов Галины Вишневской (Москва, 2006). Лауреат премии-стипендии и обладательница Гран-при <Надежда России> за 2003-2005 гг.

      2007 год принес молодой певице признание на Международном конкурсе имени П. И. Чайковского в Москве, где Олеся стала лауреатом II премии.

      Олеся Петрова ведёт активную концертную деятельность в Санкт-Петербурге, других городах России и зарубежья. Принимала участие и выступала с сольными концертами в городах Швейцарии, Германии, Голландии, Франции, Чехии, Польши, Финляндии, Японии, Кореи, Норвегии, Южной Америки, Шотландии, Англии, Венгрии и Македонии.

      Только в течение двух последних лет она исполнила сольные партии в Маленькой мессе Россини (Девентер, Голландия), Коронационной мессе Моцарта (Этлинген, Германия), Девятой симфонии Бетховена (Санкт-Петербург и Белосток, Польша), <Утрени> Пендерецкого (Белосток, Польша), Реквиемах Моцарта, Верди и Александра Чайковского.
      В её оперном репертуаре партии: Любаши (Н. А. Римский-Корсаков, <Царская невеста>), Полины (П. И. Чайковский, <Пиковая Дама>), Кармен (Ж. Бизе, <Кармен>), Амнерис (Дж. Верди, <Аида>). В 2005 году певица участвовала в записи вокального цикла <Песни прекрасного пришельца> композитора Александра Изосимова. Премьерные спектакли постановки оперы <Золушка> Массне в Глазго и Эдинбурге (2006) также прошли с её участием.