Urodzona w Kijowie, pieśniarka, kompozytorka. Od 1990 roku na stałe mieszka i tworzy w Polsce. Skomponowała muzykę do ponad 20 przedstawień teatralnych i telewizyjnych. Współpracowała z Krystianem Lupą, Agnieszką Glińską, Krzysztofem Warlikowskim, Maciejem Dejczerem, Zbigniewem Zapasiewiczem. 
Od 2004 roku w warszawskim Teatrze Ateneum spotyka się z widzami śpiewając pieśni Aleksandra Wertyńskiego w przedstawieniu „Noc z Wertyńskim“. W lutym 2008 roku zagrała je po raz setny.
W marcu 2007 roku odbyła się premiera kolejnego spektaklu „Ech raz jeszcze raz...czyli taniec z pamięcią”, w którym pieśniarka Olena Leonenko powraca na podwórko swego dzieciństwa, w samym sercu Kijowa.
Oba spektakle powstały pod opieką artystyczną Gustawa Holoubka, literacką – Janusza Głowackiego, muzyczną – Marka Walawendera.
"Jesienin" wg scenariusza Janusza Głowackiego i w reżyserii Józefa Opalskiego to kolejny spektakl muzyczny Oleny Leonenko, który od listopada 2009 roku można oglądać w Teatrze Ateneum. Bohaterem spektaklu jest tragiczne i szalone życie Sergiusza Jesienina - poety, który dla starszych Rosjan jest rodzajem świętego, dla młodszych zaś - rosyjskim Jimem Morrisonem.
Olena Leonenko była stypendystką Amerykańskiego Institute for Democracy in Eastern Europe i dwukrotną stypendystką Fundacji im. Stefana Batorego.
4 października 2005 roku została odznaczona w Polsce przez Ministra Kultury orderem „Gloria Artis-Zasłużona Kulturze”.
W jej repertuarze jest ponad 500 ludowych pieśni rosyjskich, ukraińskich i polskich. Nagrała dwie płyty „Miłość po rosyjsku” i „Noc z Wertyńskim”. Obie w duecie z gitarzystą Markiem Walawenderem.
Zagrała w filmach w reżyserii, m.in. Władysława Pasikowskiego „Glina”, Agnieszki Holland „Ekipa”, Kasi Adamik „Podwórko bezdomnych” oraz Borysa Lankosza "Rewers".