Né en 1981, Olivier Penin commence le piano à l'âge de cinq ans et entre en 1987 à la maîtrise de Caen. Il débute l'orgue et l'écriture en 1994 et obtient en 2001, aux concours centralisés des Hauts de Seine, un premier prix à l'unanimité premier nommé et l'année suivante un prix de perfectionnement à l'unanimité premier nommé. A partir de 2006, il étudie l'improvisation avec Jacques Taddei. En 2009, il gagne, avec l'ensemble vocal Aedes, le prix Bettencourt-Schueller.

En 2004, il est nommé à la tribune du grand orgue de la basilique Sainte Clotilde à Paris. A ce titre, il est en charge de la musique religieuse et du choix des programmes. Il arrange et écrit des œuvres parmi lesquelles on compte notamment « Dichotomie », qui fut créée à la radio en 2006, ou sa « Messe de Sainte Clotilde » pour le jubilé de la basilique en 2007. Il crée aussi une master class autour des maîtres de Sainte Clotilde et leurs sources d'inspirations.

En 2012, il devient seul titulaire des grandes orgues de la basilique, tribune qu'il fait vivre en créant les samedis de l'orgue et en enregistrant en 2013 chez le label Festivo un disque « Hommage aux maîtres de Sainte Clotilde ». La presse spécialisée a alors pu louer ses qualités techniques, l'effet « bulle de champagne », « la poésie » ou le « pur esprit français » de ses interprétations (De Orgelvriend), mais aussi la « véracité de ses rubato » (Orgelnieuws).

Quant à sa carrière de concertiste, elle est placée sous le signe de l'éclectisme. Éclectisme dans le choix des œuvres tout d'abord, en ce qu'il propose des programmes variés dans lesquels on peut retrouver aussi bien des œuvres de Bach que des pièces romantiques ou des compositions contemporaines (il a ainsi créé « Source » de Pierre Adrien Charpy avec le chœur O'Trente en 2008 et « Les larmes de la pénitence » d'Olivier Schmidt avec le chœur de Saint Denis…). Éclectisme également dans l'éventail des formations avec lesquelles il se produit. Il est ainsi l'organiste du chœur O'Trente (Dir. R. Pichon puis M. Korovicht) et de l'ensemble vocal Aedes (Dir Mathieu Romano). Il s'est produit avec différents orchestres et notamment l'orchestre Lamoureux (Dir. P. Marco). Auparavant, il a joué entre autres avec la maîtrise de Notre Dame de Paris (Dir N. Corti) et les Petits Chanteurs de Passy Buzenval (Dir : J-M Angelloz). A la radio, il a pu être entendu seul ou avec divers ensembles dont le Collégium Cantandi de Bonn (Dir : H. W Florin) ou l'ensemble vocal Aedes. Il joue aussi au sein de plus petites formations duo, trio etc.

On a pu l'entendre seul ou avec d'autres musiciens en France, au Mexique ou au Japon et dans différents festivals tels le festival de Pâques de Deauville, le festival d'orgue de San Laurenskerk à Rotterdam… En 2014, il est le seul organiste français invité au célèbre festival d'été de Katwijk. En 2015, il se produit en Slovénie (avril), aux Pays-Bas (juin, juillet et août)...