Nacida en San Petersburgo, Olesya Petrova se graduó en el Conservatorio Estatal Rimski-Kórsakov de su ciudad natal en 2008, de la clase de la profesora Irina Bogacheva.
Proyectos recientes y futuros incluyen Amneris ROH London, MET y Arena di Verona, Jezibaba en la Opera de Wallonie, Ulrica y Azucena también en MET entre otros.
Entre los últimos proyectos se incluyen Princesse de Bouillon y Ulrica en la Deutsche Oper Berlin, Amneris en la Arena di Verona y San Diego, Abadesa en Angel de fuego y Amelfa en El gallo de oro de Rimski-Kórsakov en el Teatro Real de Madrid; Federica, Ulrica y Amneris en MET, Ulrica en Teatro de la Maestranza, Emilia en Otelo de Verdi en el Liceu de Barcelona; la Missa Solemnis de Beethoven con la Orquesta de Cadaqués bajo la batuta de Gianandrea Noseda; el Réquiem de Verdi con la Israel Philharmonic Orchestra en Tel Aviv con Zubin Mehta; nuevamente el papel de Azucena en Il Trovatore y la Sinfonía n.º 8 de Mahler bajo la dirección de Fabio Luisi, y Alexander Nevsky de Prokofiev con Daniele Gatti en el Maggio Musicale Fiorentino; el Réquiem de Verdi con el Teatro San Carlo di Napoli en Salerno; Suzuki en Madama Butterfly de Puccini, y el papel de Ulrica en Un Ballo en Maschera en la Ópera Nacional Griega; el Réquiem de Verdi en el Concertgebouw de Amsterdam, en Sydney, en el Théâtre des Chatelet y en Copenhague nuevamente bajo la batuta de Fabio Luisi; el papel de Federica de Luisa Miller y Charlotte de Werther de Massenet en el Teatro Verdi di Trieste; Amneris en Aída en la Opera Nacional de Letonia, Riga; la Novena Sinfonía de Beethoven en Sydney, y de nuevo el papel de Amneris de Aída en el Festival de Sanxay en Francia.