Olivier WILLEMIN étudie tout d'abord le piano de 1976 à 1986 avant se consacrer à l'étude de l'orgue auprès d'Aude Heurtematte et de Vincent Warnier. Il étudie également l'Harmonie auprès de Jean-Claude Raynaud au Conservatoire National Supérieur de Musique de Paris. De 1984 à 1997, il assure la fonction d'organiste remplaçant aux Sanctuaires de Lourdes durant les mois d'été. Dans un même temps il tient la console des orgues de l'église Notre-Dame de Deuil-La-Barre et joue régulièrement sur les orgues de la Collégiale Saint-Martin de Montmorency. En 1991, il est intervient en tant que continuiste dans divers ensembles de musique baroque dont la Camerata Sagittariana sous la direction de Michel Laplénie et la Camerata Saint-Louis sous la direction de Georges Guillard. En 1992, il effectue son service national dans les Chœurs de l'Armée française en tant que baryton. En 1993, il reprend ses fonctions d'organiste en qualité de suppléant en l'église Saint-Séverin, à Paris, charge qu'il conservera jusqu'en 1996. Organiste titulaire en l'église Sainte-Rosalie à Paris depuis le 1er septembre 1995 et organiste remplaçant en l'église Saint-Etienne- Du-Mont depuis 1997, il il réalise divers enregistrements dont une improvisation de cinq versets sur le thème de l'Ave maris stella, dans le cadre d'un disque de présentation des orgues de la vallée de la Doller (Haut-Rhin). En 2001, il compose et grave un Prélude, fugue et choral pour orgue. En 2002, il compose un psautier intégral intitulé Psautier triennal des dimanches et fêtes, préfacé par Michel CHAPUIS, édité chez Studio SM (Paris). Cet ouvrage fera l'objet de trois enregistrements faisant notamment intervenir le ténor Hervé LAMY. La même année, il compose sept chants pour la paroisse Saint-Séverin, intégrés dans son Répertoire paru en janvier 2003 aux éditions Voix Nouvelles (Lyon).