Люсьена Ивановна Овчинникова родилась 10 сентября 1931 года. 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. Вместе с мужем выступала в сборных концертах. Однако в 1998 году Валентин Козлов скончался.
Овчинникова пережила мужа ненадолго и умерла 8 января 1999 года – оторвался тромб.