Nació en la ciudad de Olevsk, óblast de Zhitómir, RSS de Ucrania, URSS, en el seno de una familia de guardias fronterizos. Artista de Honor de la RSFSR (1.03.1973). Vivía en Asjabad una niña pequeña, tranquila y poco agraciada apodada "la bajita". Amaba apasionadamente el teatro. Soñaba con ser actriz. Quería apuntarse al club de teatro de la escuela, pero la timidez se lo impedía. Pero la niña tranquila resultó ser tenaz. Y un día se escapó de casa. Con un solo vestido. Sin dinero. Una amiga le dio pan para el camino. Llegó al Instituto Teatral de Minsk. Y allí ya habían empezado las clases. Sin embargo, Lyusyena no regresó a casa. Empezó a trabajar como aprendiz de dependienta en una perfumería. Acarreaba cajas. Colocaba la mercancía. Pero no se desanimaba, porque sabía que ¡de todos modos sería actriz! Se graduó en el Instituto Estatal de Arte Teatral A.V. Lunacharski (1955, curso del Artista del Pueblo de la RSFSR Grigori Konski). Ovchinnikova apareció por primera vez en la pantalla en la película "La casa paterna" en un pequeño papel de Nyurka. Al director de "La casa paterna", Lev Kulidzhánov, le preguntaban a menudo: "¿Y dónde encontró a esa chica campesina que interpreta a Nyurka? Es asombrosamente natural". Pocos sabían entonces que en ese papel había actuado una actriz que por primera vez en su vida había estado en el campo solo durante el rodaje en exteriores de "La casa paterna". Y cualquier heroína de Lyusyena Ovchinnikova —en el escenario o en la pantalla— es igual de auténtica, igual de veraz. ¿Cuál es, pues, el secreto de la actriz? Se piensa que está en su rara capacidad de buscar con tenacidad y encontrar en la persona más discreta, a primera vista, algo interesante, brillante, lo más característico, lo principal.

Esa búsqueda comenzó cuando aún estudiaba en el GITIS y había interpretado multitud de papeles cómicos. Nadie dudaba: el elemento de Ovchinnikova era la comedia. Y de repente asombró a todos al elegir para la obra de diploma el papel de la Tania de Arbúzov, con su tragedia de felicidad no realizada y la fuerza de un alma no quebrada por las tormentas de la vida. Ese papel abrió ante la joven actriz las puertas del Teatro Mayakovski. En 1955-1976 fue actriz del Teatro Académico de Moscú V. Mayakovski. En 1976-1983 fue actriz del Teatro Literario-Dramático de la VTO. Durante una temporada (1985-1986) actuó en el escenario del Teatro Dramático Ruso A.S. Pushkin de Asjabad. En las décadas de 1980-1990 fue actriz del Teatro de Actores de Cine de Moscú, trabajó por contratos. En sus últimos años trabajó en el programa "Tovarishch kino", rodó para cine, en «Yeralash» y «Futil», y dobló dibujos animados. Lyusyena Ovchinnikova falleció en la mañana del 8 de enero de 1999 en Moscú. Está enterrada en el columbario del cementerio Vvedenskoye de Moscú. Su tercer marido fue el actor Valentín Kozlov, fallecido en 1998. A la vida y la obra de la actriz están dedicados: el capítulo 55 del ciclo de programas de Leonid Filátov "Para que lo recuerden"; el documental "Lyusyena Ovchinnikova. La vida esperando el amor" ("Ostankino", 2008).