"La ricchezza vellutata del mezzosoprano di Olesya Petrova è una voce di cui il mondo dell'opera ha più urgentemente bisogno, e sia l'autenticità della sua aria di Rimsky-Korsakov che l'intensa vivacità di Verdi le hanno mostrato di essere una grande prospettiva." – The Guardian

Olesya Petrova è nata a San Pietroburgo, in Russia. Si è diplomata al Conservatorio statale Rimsky-Korsakov di San Pietroburgo nel 2008, nella classe della professoressa Irina Bogacheva. È la vincitrice del Concorso dell'Opera di Parigi, dove le è stato assegnato anche il premio speciale del pubblico. Olesya è stata finalista nel rinomato concorso BBC Cardiff Singer of the World nel 2011, ha anche ricevuto premi al Concorso Internazionale Galina Vishnevskaya e al XIII Concorso Internazionale Tchaikovsky (medaglia d'argento).
Olesya Petrova è stata in tournée in tutta Europa, negli Stati Uniti, in Sud America e in Asia. Collabora con molti teatri d'opera, orchestre e gruppi da camera e ha lavorato con direttori d'orchestra di fama mondiale come Valery Gergiev, David Robertson e Mariss Jansons, tra gli altri. Oltre al suo ampio repertorio vocale da camera, il repertorio concertistico di Olesya comprende cantate e opere di oratorio di Bach, Pergolesi, Mozart, Beethoven, Verdi, Berlioz, Wagner, Mahler e Prokofiev.
Olesya è solista al Teatro dell'Opera del Conservatorio di San Pietroburgo dal 2007, dove è apparsa nel ruolo di Marfa in Khovanshchina di Mussorgsky, Konchakovna nel Principe Igor di Borodin , Lel in Snow Maiden di Rimsky-Korsakov  , Olga in  Eugene Onegin di Tchaikovsky, Polina e la contessa in Eugene Onegin di Tchaikovsky.  La regina di picche, Ioanna nella Pulzella d'Orleans di Čajkovskij, la parte del titolo nella Carmen di Bizet, Maddalena nel Rigoletto di Verdi e Ulrica in Un ballo in maschera di Verdi. Durante questo periodo, ha anche interpretato Lyubasha ne La sposa dello zar di Rimsky-Korsakov all'Opera di Perm e all'Opera di Novosibirsk, e Amneris nell'Aida di Verdi   a Bangkok.
La stagione 2011-12 ha segnato il successo internazionale di Olesya nel ruolo di Konschakowna nel Principe Igor di Borodin all'Opera di Zurigo. Nella stessa stagione ha cantato Ulrica in Un ballo in maschera all'Opera Nazionale Greca di Atene. Durante la stagione 2012-2013 ha interpretato Maddalena in Rigoletto al Metropolitan Opera di New York e ha cantato Ulrica alla Deutsche Oper am Rhein, nonché Suzuki in Madame Butterfly all'Opera Nazionale Greca e Mrs.Sedley in Peter Grimes allo Stato di Amburgo. Musica lirica. Olesya Petrova ha anche preso parte ad un concerto di gala d'opera al Teatro Filarmonico di Verona e ha cantato il Requiem di Verdi con la Sydney Symphony Orchestra e con la Royal Concertgebouw Orchestra di Amsterdam sotto la direzione del Maestro Mariss Jansons.
Nel 2014 Olesya Petrova ha debuttato come Madelon in Madelon di Andrea Chenier al Metropolitan Opera di New York, come Azucena ne El Trovatore   di Verdi alla Lettone National Opera e come Fenena in Nabucco all'Opéra de Montréal.
Le stagioni 2014-16 segnano il ritorno di Olesyas alla Metropolitan Opera per ruoli in Les contes d'Hoffmann di Offenbach e alla Staatsoper Hamburg per Federica in Luisa Miller. Olesya è apparsa anche nel ruolo di Emilia nell'Otello al Gran Teatre del Liceu di Barcellona e nel ruolo di Charlotte nel Werther di Massenet   al Teatro Verdi di Trieste. Le sue esibizioni teatrali includono l'oratorio Ivan il Terribile di Prokofiev con la Filarmonica di Oviedo, il Requiem di Verdi al Théâtre des Chatelet di Parigi, la Missa Solemnis di Beethoven a Sydney con la Sydney Symphony Orchestra e la cantata Alexander Nevsky di Prokofiev a Madrid con la Filarmonica di San Pietroburgo diretta dal Maestro Yuri Temirkanov.
I futuri impegni di Olesya includono esibizioni al Teatro Verdi di Trieste in Luisa Miller di Verdi nel ruolo di Federica, al Gran Teatre del Liceu di Barcellona nell'Otello di Verdi nel ruolo di Emilia, all'Opéra de Montréal nell'Aida di Verdi nel ruolo di Amneris, al Teatro Reale di Madrid in Golden cockerel di Rimsky-Korsakov nel ruolo di Amelfa e numerose esecuzioni del Requiem di Verdi con l'Orchestra Sinfonica Nazionale Danese sotto la direzione di Fabio Luisi.