Родился 13 июля 1976 года в Симферополе (Крымская область Украинской ССР).
С 1993 по 1998 год учился в Крымском филиале Киевского государственного экономического университета (г. Симферополь, ул. Субхи).
Был совладельцем компьютерного клуба в одном из спальных районов г. Симферополя (ул. Залесская).
В 2011 году на вырученные деньги снял свой первый фильм «Гамер», сюжет которого повествует о геймере, который занимает второе место на чемпионате мира.
В июле 2013 года Сенцов приступил к съёмкам нового фильма «Носорог» про детей 1990-х годов.
Во время Евромайдана Олег Сенцов являлся активистом Автомайдана.
Во время присоединения Крыма к России поддерживал движение «за единую Украину», покупал и развозил продукты и предметы первой необходимости по находившимся в Крыму украинским воинским частям, которые были заблокированы.
10 мая 2014 года Сенцов был задержан Федеральной службой безопасности Российской Федерации по подозрению в терроризме. Осуждён к 20 годам строгого режима.Находился под стражей с 11 мая 2014 года. Освобождён 7 сентября 2019 года в ходе обмена пленными между Россией и Украиной.
