Люсьена Ивановна Овчинникова родилась 10 сентября 1931 года в городе Олевске Житомирской области. Ее отец был пограничником, поэтому семье часто приходилось кочевать по стране – они жили в Карелии, Грузии, Туркмении, на Украине. Так как в военных городках обычно фильмы показывали бесплатно, Люся часто бывала в кино. Любимой ее актрисой стала Любовь Орлова.
В конце 1940-х, закончив школу, Люсьена сделала попытку поступления в театральный институт Минска, но ее не приняли. Какое-то время она работала ученицей продавщицы в парфюмерном отделе универмага.
В 1950 году она поступает в ГИТИС и в 1955 году после окончания института попадает в труппу Московского театра имени Маяковского. Первой большой ролью актрисы в этом театре была Валя в «Иркутской истории» А. Арбузова.Дебют Овчинниковой в кино состоялся в 1959 году – в фильме Льва Кулиджанова «Отчий дом» она сыграла деревенскую девушку Нюру. Потом была картина «Девичья весна» , в которой Овчинниковой досталась роль выпускницы кулинарного техникума Насти.
С этим фильмом актриса объездила много стран: Швейцарию, Кипр, Сенегал, Индонезию.Настоящая слава пришла к Овчинниковой в 1962 году, после выхода на экран комедии Юрия Чулюкина «Девчата» , где ей досталась роль Кати. После этого роли посыпались на актрису точно из рога изобилия.
Она снялась во многих фильмах, но почти везде ей доставались лишь роли второго плана и эпизоды.
В 1970 году в картине Виталия Мельникова «Мама вышла замуж» она сыграла главную роль.Еще одну запомнившуюся зрителям роль актриса сыграла в комедии Алексея Коренева «Большая перемена» (1973). После выхода фильма на экран Люсьена Овчинникова была удостоена звания заслуженной артистки РСФСР.Первые два брака актрисы не сложились.
И только третье замужество – за актером Валентином Козловым – оказалось удачным, супруги прожили вместе более двадцати лет. Детей у них не было.Последние годы Овчинникова работала в Московском театре киноактера, принимала участие в озвучивании мультфильмов. Вместе с мужем выступала в сборных концертах. Однако в 1998 году Валентин Козлов скончался.Люсьена Ивановна Овчинникова пережила мужа ненадолго и умерла в Москве 7 января 1999 года – оторвался тромб.