Olivier Charbonnier voit le jour à Fontgombault le 16 août 1875 dans une famille d’instituteurs.
Très tôt initié aux sciences naturelles par son père, Olivier Charbonnier intègre l’Ecole Normale d’Instituteur de Châteauroux puis le monde de l’enseignement. Son premier poste le conduit à Saint-Germain-en Laye avant de revenir dans son Berry natal.
Il remplace alors son père à Pouligny-Notre-Dame avant d’être nommé à Sassierges-Saint-Germain aux côtés de son épouse Blanche. En 1930, il fait valoir ses droits à la retraite pour pouvoir se consacrer entièrement à ses passions : la géologie, la paléontologie, la préhistoire et l’archéologie.
Il se spécialise dans l’étude de la géologie et plus particulièrement l’ère quaternaire en Berry. Il entame parallèlement un gigantesque travail d’inventaire des sites préhistoriques dans le département de l’Indre. Chaque site analysé est répertorié dans des cahiers d’écoliers richement illustrés de dessins à la plume. De nombreux mémoires et articles viennent compléter ce travail.
Membre de la Société Préhistorique Française, de la Commission Supérieure des Monuments Historiques, Olivier Charbonnier est à l'initiative des salles « préhistoire » du Musée Bertrand de Châteauroux.
Il est également connu dans le monde de l’éducation pour avoir rédigé Les programmes détaillés de sciences pour les écoles rurales et urbaines appliqués à la rentrée 1921.
L'importance de ses travaux lui vaut de recevoir plusieurs reconnaissances nationales et d’être promu chevalier de la Légion d’Honneur en 1952.
A son décès, une grande partie de ses archives et de sa documentation est légué à la bibliothèque et au musée de Châteauroux.