Олеся Юрьевна Владыкина родилась 14 февраля 1988 года в Москве. Начала заниматься спортом в СДЮШОР №47. Профессионально занималась плаванием в течение 10 лет до поступления в Московский государственный университет путей сообщения. Стала мастером спорта.
На отдыхе в Таиланде экскурсионный автобус, в котором находилась Олеся со своими подругами, попал в аварию. Тяжёлая травма, полученная в аварии, привела к потере левой руки. Несмотря на это, она возобновила занятия плаванием. Первая тренировка состоялась через месяц после выписки из больницы и всего лишь за пять месяцев до победы в финале.
В 2010 году на X Зимних Паралимпийских играх в Ванкувере Олеся стала Послом « Олимпийских и Паралимпийских Игр в Сочи 2014». Участвовала в церемонии передачи паралимпийского флага в Ванкувере.
В августе 2010 года на Чемпионате Мира в Эйндховене победила в заплыве на 100 м брассом.
Участвовала в финале двух заплывов: 100 м. брассом и 200 м., в оба из которых попала с первого места на предварительном этапе. 9 сентября в финальном заплыве на 100-метровке брассом Олеся завоевала золото, установив мировой рекорд — 1 мин. 20, 58 сек. Во втором финальном заплыве на 200 м, который прошёл 11 сентября, пришла четвёртой. Победу посвятила погибшей подруге Александре, которая вместе с ней занималась плаванием.
18 сентября 2008 года вместе с другими спортсменами-паралимпийцами встречалась с Президентом России в Кремле. Была героиней репортажей центральных телеканалов, в частности вечерного выпуска программы «Сегодня» на НТВ. Собираеться участвовать в Лондонских играх
Награждена орденом Дружбы.