Babası dilbilimci ve Türkolog Talat Tekin'in Berkeley Üniversitesi'nde öğrenim görevlisi olması nedeniyle uzun bir süre ABD'de kaldı. İlk öğretime başlamadan önce Türkiye'ye geldi. İlk öğretimi Fransızca eğitim veren Tevfik Fikret Lisesi'nde okudu ve bu süre boyunca piyano dersleri aldı. Hacettepe Üniversitesi Devlet Konservatuarı'nda eğitim gördü ve 1992 yılında mezun oldu. Aynı zamanda ABD vatandaşıdır.

Profesyonel sahne çalışmalarına Grup Lokomotif'in üyesi olarak, Seyyal Taner ve Zerrin Özer'e sahnede vokal yaparak başladı. Şebnem Ferah ve Ebru Bank (Eroğlu) tarafından Bursa'da temelleri atılan Volvox grubuna 1992 yılında solist ve klavyeci olarak görev aldı. 1994 yılında solo çalışmalarına başlayan Tekin, 1995 yılının Aralık ayında ilk solo albümü "Kime Ne?"yi çıkarmıştır. İkinci albümü Öz'ün ardından sanatçı Laubali ve Tek Başıma albümlerini yayınladı. Remixlerden oluşan Rock'n Coke albümü sponsorlar tarafından konserlerde ücretsiz dağıtılmak üzere basıldı.

Mucizeler Komedisi adlı müzikli tiyatro oyununda yer alan şarkıcı 2005 yılında 109876543210 isimli albümünü piyasaya çıkardı. 2006 yılında Cem Yılmaz ile başrolünü paylaştığı Hokkabaz adlı sinema filminde yer aldı. 2006 yılı başında yönetmenliğinini Kartal Çidamlı'nın gerçekleştirdiği, başrolünü Burhan Öcal ile paylaştığı Maçolar adlı dizide rol aldı.Bu dizi 5. bölümden sonra yayından kaldırılmıştır. 2007 yılında Fesupanallah adlı dizide rol aldı. 2007 yılı başında hayran sitesi önderliğinde, Özlem Tekin Bahar Ormanı, Tema Vakfı aracılığıyla oluşturuldu. 8 Ağustos 2008 tarihinde Cem Öcal ile evlendi. 29 Nisan 2010 tarihinde Bana Bi' Şey Olmaz adlı albümünü çıkardı ve ilk klibi bu albümdeki "Yatağım Boş" parçası için çekildi.

Müzik kariyeri başlangıcından itibaren Plak Şirketleri ve müzik lobileri ile sıkıntılar yaşayan Özlem Tekin 1 Ocak 2018'de eski eşi Cem Öcal'ın iddiasına göre müziği bıraktığı açıklanmıştır.

Özlem Tekin 2013'te son albümü Kargalar'ı yayınladı. Albümden sadece bir parçaya klip çektikten sonra Bodrum'a yerleşti. 2013'ten beri herhangi bir albüm ve konser girişimi olmamıştır.