Олег Сычёв родился в Харькове. Обучался в Харьковском институте искусств (класс сольного пения профессора Таисии Мадышевой). В 2000 году окончил факультет сольного пения (класс профессора Виктора Курина), а в 2008– аспирантуру Национальной музыкальной академии Украины (класс профессора Александра Вострякова). С 2000 по 2002 являлся солистом Национальной филармонии Украины. С 2002 по 2008 – солистом Национальной оперы Украины. В 2010 году дебютировал в Мариинском театре в партии апостола Павла в опере Николая Каретникова «Мистерия апостола Павла». В сезоне 2010–2011 принят в состав оперной труппы Мариинского театра.
Гастролировал в Германии, Франции, Голландии, Японии, Польше, Бельгии. Принимал участие в музыкальных фестивалях в Обераммергау (Oberammergau) и Санкт-Блезе (St Blasien) в Германии. Первый исполнитель сюиты «Алфавит смерти» Александра Раскатова в России.