Народилася в місті Олевськ, Житомирська область, Українська РСР, СРСР, у сім'ї прикордонника. Заслужена артистка РРФСР (1.03.1973). Жила в Ашхабаді маленька, тиха, непоказна дівчинка на прізвисько "коротунка". Пристрасно любила театр. Мріяла стати акторкою. Хотіла записатися до шкільного драматичного гуртка, але сором'язливість заважала. Але тиха дівчинка виявилася наполегливою. І одного разу втекла з дому. В одній сукні. Без грошей. Подружка на дорогу хліба дала. Приїхала до Мінського театрального інституту. А там уже заняття почалися. Однак додому Люсьєна не повернулася. Влаштувалася на роботу продавчинею-ученицею до парфумерного магазину. Ящики тягала. Товар розкладала. Але не сумувала, бо знала: все одно буде акторкою! Закінчила Державний інститут театрального мистецтва імені А.В. Луначарського (1955, курс народного артиста РРФСР Григорія Конського). На екрані Овчинникова вперше з'явилася у фільмі "Батьківський дім" у невеликій ролі Нюрки. Режисера "Батьківського дому" Льва Куліджанова часто запитували: "І де ви роздобули цю сільську дівчину, що Нюрку грає? Дивовижно природна". Мало хто знав тоді, що в цій ролі знялася акторка, яка вперше в житті побувала в селі лише під час натурних зйомок "Батьківського дому". І будь-яка героїня Люсьєни Овчинникової - на сцені чи на екрані - так само справжня, так само правдива. У чому ж секрет акторки? Думається, - у її рідкісній здатності наполегливо шукати й знаходити в найнепримітнішій, на перший погляд, людині щось цікаве, яскраве, найхарактерніше, головне.

Ці пошуки почалися, коли вона ще вчилася в ГІТІСі й переграла безліч комедійних ролей. Ні в кого не було сумнівів: стихія Овчинникової - комедія. А вона раптом вразила всіх, вибравши для дипломної вистави роль арбузівської Тані з її трагедією нездійсненного щастя і силою душі, не зламаної життєвими бурями. Ця роль відчинила перед молодою акторкою двері Театру імені Маяковського. У 1955-1976 - акторка Московського академічного театру імені В. Маяковського. У 1976-1983 - акторка Літературно-драматичного театру ВТО. Один сезон (1985-1986) виступала на сцені Ашхабадського російського драматичного театру імені О.С. Пушкіна. У 1980-1990-ті роки - акторка Московського театру кіноактора, працювала за договорами. Останні роки працювала в програмі "Товариш кіно", знімалася в кіно, в «Єралаші» та «Ґноті», озвучувала мультфільми. Люсьєна Овчинникова пішла з життя вранці 8 січня 1999 у Москві. Похована в колумбарії Введенського кладовища Москви. Третій чоловік - актор Валентин Козлов, помер 1998. Життю і творчості акторки присвячені: глава 55 циклу передач Леоніда Філатова "Щоб пам'ятали"; документальний фільм "Люсьєна Овчинникова. Життя в очікуванні любові" ("Останкіно", 2008).