Родилась 25 октября 1959 году в Запорожье. Отец — украинский писатель Авраменко Александр Иванович (1934—1974). Мать — филолог, переводчик Ромашко Елизавета Константиновна (1934).
В 1970 году вместе с родителями переехала в Киев.
В 1982 году окончила факультет истории и теории искусства Киевского государственного художественного института. Педагоги — П. Белецкий, Л. Владич, А. Заварова, Л. Миляева, Л. Сак.
С 1982 по 1983 год искусствовед в Республиканском Доме моделей трикотажных изделий.
С 1988 года член Национального союза художников Украины.
В 1993 году защитила кандидатскую диссертацию «Украинская детская книга 1970—1990-х годов: основные тенденции развития иллюстрации» и получила учёное звание кандидат искусствоведения.
С 1996 по 1997 год автор, ведущая, редактор и режиссёр цикла телевизионных сюжетов авторской программы «Знаки творчества. Олеся Авраменко представляет» , состоявшего из тридцати восьми передач (Межрегиональная ассоциация теле- и радиовещания творческое объединение «НАРТ» ).
С 2000 по 2003 год — собственный корреспондент и консультант по вопросам культуры и искусства журнала «Президент» и газеты «Президентський вісник» .
С 1983 по 2004 год Олеся Авраменко работала в Институте искусствоведения, фольклористики и этнологии им. М. Т. Рыльского Национальной Академии наук Украины.
С 2004 года по настоящее время — заведующая отделом визуальных практик в Институте проблем современного искусства Национальной академии искусств Украины.
В 2009 году Высшая аттестационная комиссия присвоила Олесе Авраменко звание старшего научного сотрудника.
В 2010 году присвоено звание заслуженного деятеля искусств Украины.Олеся Авраменко занимается исследованием типологии формирования, развития и функционирования украинского изобразительного искусства второй половины ХХ-начала XXI века, а также моделированием и организацией ряда современных художественных процессов и явлений на Украине.Творческое сотрудничество с ведущими украинскими художниками — С. Адамовичем, М. Гуйдой, В. Зарецким, А. Кущем, О. Ивахненко, Ю. Ильенко, А. Криволапом, Е. Прокоповым, В. Сидоренко, М. Стороженко, Т. Сильваши, Г. Якутовичем и др. воплотилось в многочисленных публикациях по вопросам искусства и художественной жизни Украины XX-XXI веков; участие во всеукраинских и международных конференциях по вопросам культуры и искусства; содействие популяризации и интеграции украинского современного искусства за рубежом (Россия, Финляндия, Дания, США).Живёт и работает в Киеве.Дочь — Бельская Елизавета Владимировна (1987) — выпускница Национальной Академии изобразительного искусства и архитектуры (2009), арт-директор Центра современного искусства М17.