Родилась в селе Истомино (Рязанская губерния) 19 сентября (1 октября) 1869 в семье А.П.Оленина, директора Строгановского художественного училища. Обучалась пению в Петербурге у Ю.Ф.Платоновой, затем у А.Н.Молас, позднее совершенствовалась в Париже у М.Бланшете. Завоевала популярность в Петербурге как исполнительница романсов русских композиторов, с которыми сблизилась в кружке М.А.Балакирева (последний посвятил ей романсы Из-под таинственной холодной полумаски и Шепот, робкое дыхание). В 1896 впервые выступила в Париже, затем в Брюсселе. Организовала совместно с мужем французским писателем Пьером д"Альгеймом (d"Alheim) цикл лекций-концертов, посвященных М.П.Мусоргскому; супруги стали главными пропагандистами его творчества за рубежом. В 1908 в Париже была опубликована ее работа Заветы М.П. Мусоргского (Le Legs de Moussorgski; русский перевод, 1910). В 1908 организовала в Москве «Дом песни» (совместно с мужем и певицей А.В.Тарасевич), ставший центром камерного вокального искусства. Концертировала в Англии и Швейцарии (1912). В 1918 уехала с мужем из России и поселилась в Париже, где также организовала «Дом песни», проводивший концерты русской музыки, творческие вечера русских поэтов (В.Брюсова, А.Белого). Много концертировала, в том числе в 1926 в СССР. В ее репертуар входили также многие произведения современных ей французских композиторов, западноевропейская классика.
Певица стала участницей движения Сопротивления, в 1946 вступила во Французскую коммунистическую партию, стала членом общества «Франция СССР». В 1959 вернулась в СССР.
Умерла Оленина-д"Альгейм в Москве 26 августа 1970.
Оленин, Александр Алексеевич (18651944), брат певицы, композитор.
Оленин, Петр Сергеевич (1870 или 18741922), двоюродный брат певицы, известный певец (баритон) и оперный режиссер.
Россихина В. Советское камерно-вокальное исполнительство. М., 1976
Туманов А.Н. «Она и музыка и слово…». Жизнь и творчество М.А.Олениной-д'Альгейм. М., 2001