Ольга Дёмина родилась в семье потомственных музыкантов. С ранних лет обучалась игре на фортепиано, но в дальнейшем отдала предпочтение виолончели. С отличием закончила ЦССМШ при МГК им. П. И. Чайковского в классе А. А. Дёмина, затем продолжила обучение в Московской Консерватории в классе профессора Н. Н. Шаховской. Лауреат международных музыкальных конкурсов (в том числе международный конкурс им. Герана (1 премия) и юношеский конкурс П. И. Чайковского (3 премия). Ольга Демина также является композитором. Ею написана музыка к спетаклям  «Материнское поле» (театр им. Пушкина, Москва), «Скользящая Люче» (ЦДР, Москва), «Дама с камелиями» (театр им. Пушкина, Москва); музыка к документальным фильмам «Фридл» (2019, телеканал Культура), «Театр за колючей проволокой», «Разведчики» (1 канал). 

Солистка МАСМ, камерного оркестра Градский холл, ансамбля QueenTet Сергея Мазаева, активистка и солистка оркестра Персимфанс и других коллективов Москвы. 

Также Ольга Дёмина является артисткой театра. Спектакли с ее участием идут на сценах театров et Cetera  и театра им. Пушкина.