Olivier Penin studierte Orgel bei David Noël-Hudson und wurde 2004 als Hauptorganist an die große Orgel der Basilika Sainte Clotilde in Paris berufen. Seit 2012 ist er dort für die gesamte Kirchenmusik und Konzerte zuständig. In dieser Funktion betreut er auch die berühmte Orgel und gründete insbesondere die „Samedis de l'orgue" (Orgelsamstage) und eine jährliche Meisterklasse, die Studenten aus der ganzen Welt zusammenbringt.
Neben verschiedenen Aufnahmeprojekten wird im Jahr 2022 bei Brilliant Classics Olivier Penins Gesamteinspielung der Orgelwerke von César Franck auf der Orgel der Basilika Sainte Clotilde veröffentlicht.
Neben einer regen internationalen Konzerttätigkeit als Solist arbeitet Olivier Penin auch immer wieder mit verschiedenen Orchestern zusammen (Orchestre Lamoureux, Orchestre Colonne, Haager Kammerorchester), um die großen Werke für Orchester und Orgel aufzuführen.
Sein Spiel wird regelmäßig auf Radio Classique und France Musique gesendet.
Olivier Penin spielte Uraufführungen von Olivier Schmidt: "Les larmes de la pénitence", Pierre-Adrien Charpy: „Source“ und Stéphane Delplace: "Bach Panther", "Aria", „Lux aeterna",„Tenebrae factae sunt“.
Regelmäßig ist er als Juror bei internationalen Wettbewerben tätig und wird als Dozent eingeladen, Meisterkurse zu geben.