Олеся Полунина с отличием окончила Иркутский государственный педагогический университет по специальности «История», прошла переподготовку в Байкальском государственном университете экономики и права по программе «Современное государственное и муниципальное управление» и в Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации по специальности «Управление в сфере культуры».
Трудовую деятельность начала в 1999 году учителем истории в школе Усть-Илимска.
В 2000 году стала заведующей отделом муниципального учреждения культуры «Картинная галерея» Усть-Илимска. В 2007 году заняла пост директора картинной галереи. В 2011 году была назначена заместителем начальника Управления культуры администрации Усть-Илимска. В 2019 году стала заместителем министра культуры и архивов Иркутской области. 1 сентября 2021 года назначена министром культуры и архивов Иркутской области.