Urodziła się w Ukrainie w rodzinie naukowców. Studia wokalne odbyła w Kijowskim Konserwatorium. W czasie studiów podyplomowych w warszawskiej Akademii Muzycznej im. Fryderyka Chopina w 1992 roku zadebiutowała na scenie Warszawskiej Opery Kameralnej, a cztery lata później – na scenie Théâtre des Champs-Élysées w Paryżu jako Pamina w Czarodziejskim flecie Mozarta.
Artystka ma na koncie ponad 50 partii – m.in. w operach Monteverdiego, Glucka, Händla, Mozarta, Webera, Bizeta, Rossiniego, Verdiego, Pucciniego, Debussy’ego, Poulenca oraz kompozytorów współczesnych – zrealizowanych na najbardziej znanych i prestiżowych scenach świata oraz na nagraniach płytowych i radiowo-telewizyjnych. Role te przyniosły jej wielkie uznanie krytyki i publiczności. Występowała m.in. w Opéra national de Paris – Opéra Bastille, Palais Garnier, Théâtre des Champs-Élysées, Théâtre Châtelet, Salle Pleyel (Paryż), Concertgebouw (Amsterdam), Komische Oper Berlin, Berliner Konzerthaus, Berliner Philharmonic, Elbphilharmonie Hamburg, Teatro Real, Auditorio Nacional de Música (Madryt), Bayerische Staatsoper, Münchner Philharmonie, Palais des Beaux-Arts, Théâtre Royal de la Monnaie (Bruksela), Theater an der Wien, Bregenzer Festspiele, Grand Théâtre de Genève, Finnish National Opera, Flemish Opera, Tokyo Suntory Hall i Teatrze Wielkim – Operze Narodowej. Wykonuje rozległy repertuar kameralny oraz recitale z siostrą, pianistką Natalią Pasiecznik.
Olga Pasiecznik uczestniczyła w licznych koncertach oratoryjnych i symfonicznych w słynnych salach koncertowych w niemal wszystkich krajach Europy, a także w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Izraelu, Chinach, Japonii i Australii. Wielokrotnie współpracowała z najwybitniejszymi orkiestrami, wśród których można wymienić Boston Symphony Orchestra (Stany Zjednoczone), Narodową Orkiestrę Symfoniczną Belgii, Orquesta Nacional de España i Orquesta Sinfónica de RTVE (Hiszpania), English Concert, Wiener Symphoniker, Orchestre Philharmonique de Radio France, Orchestre National de France, Les Musiciens du Louvre-Grenoble (Francja), Akademie für Alte Musik Berlin, Freiburger Barockorchester, Orkiestrę XVIII wieku, Rundfunk-Sinfonieorchester Berlin i NDR Bigband. Artystka występowała pod batutą takich mistrzów, jak m.in. Fabio Biondi, Ivor Bolton, Andrzej Boreyko, Frans Brüggen, Jean-Claude Casadesus, Marcus Creed, Charles Dutoit, Mark Elder, René Jacobs, Vladimir Jurowski, Roy Goodman, Christopher Hogwood, Heinz Holliger, Philippe Herreweghe, Jacek Kaspszyk, Kazimierz Kord, Jerzy Maksymiuk, Jean-Claude Malgoire, Marc Minkowski, John Nelson, Kazushi Ono, Andrew Parrott, Krzysztof Penderecki, Trevor Pinnock, Jean-Christophe Spinosi, Marcello Viotti, Antoni Wit i Massimo Zanetti.
Olga Pasiecznik jest laureatką międzynarodowych konkursów wokalnych: w ’s-Hertogenbosch w Holandii, Mirjam Helin w Helsinkach oraz im. Królowej Elżbiety w Brukseli. Została wyróżniona także w Polsce: Paszportem tygodnika „Polityka” (1997), nagrodami polskiego przemysłu fonograficznego Fryderyk (1997, 2004, 2018), nagrodą Orfeusz festiwalu Warszawska Jesień (1999), Złotym Krzyżem Zasługi (2001) oraz Nagrodą im. Andrzeja Hiolskiego (2004) za najlepszą kobiecą rolę operową. W 2005 i 2010 roku została nominowana przez międzynarodowy magazyn operowy „Opernwelt” do tytułu „Najlepsza śpiewaczka sezonu artystycznego”. W 2011 roku artystka otrzymała doroczną Nagrodę Ministra Kultury i Dziedzictwa Narodowego, a w roku 2012 została odznaczona Krzyżem Oficerskim Orderu Zasługi Rzeczypospolitej Polskiej. W 2023 roku otrzymała Złoty Medal „Zasłużony Kulturze Gloria Artis”. W swoim dorobku fonograficznym ma ponad 60 CD i DVD, które nagrała m.in. dla wytwórni CD Accord, Dabringhaus und Grimm, Harmonia Mundi, Naxos i Opus 111.