Окончила Центральную музыкальную школу при Московской государственной консерватории имени П.И. Чайковского в классе профессора Анатолия Дёмина, Московскую консерваторию в классе профессора Натальи Шаховской. Лауреат международных музыкальных конкурсов, в том числе Международного конкурса виолончелистов имени Герана (I премия) и юношеского конкурса имени П.И. Чайковского (III премия).

Солистка МАСМ и ансамбля QueenTet Сергея Мазаева, солистка оркестра Персимфанс и других камерных и симфонических коллективов Москвы. В составе МАСМ принимала участие в концертах и образовательных проектах, мастер-классах, композиторских и исполнительских воркшопах, преподавала на Практикумах современной академической музыки и Международной академии молодых композиторов.

Ольга Дёмина создала музыку к спектаклям «Материнское поле» и «Дама с камелиями» (Московский драматический театр имени А.С. Пушкина), документальному фильму «Фридл» (телеканал «Культура») и другим. Она также является артисткой театра. Спектакли с её участием идут на сценах театров et Cetera и Театра имени Пушкина. Спектакль с её участием «Война» (режиссёр Владимир Панков) открывал 68-й Эдинбургский фестиваль.