Forma parte de las primeras generaciones de mujeres que cursaron estudios superiores en la Universitat de València, en un contexto académico de efervescencia cultural y política.  Se licencia en la Facultad de Filosofía y Letras, Sección de Historia, en 1928, con Premio Extraordinario de Licenciatura. Al año siguiente accede al cuerpo docente en calidad de auxiliar de la Cátedra de Arqueología, Numismática y Epigrafía, bajo la dirección de Luis Gonzalvo París. Olimpia se convierte, así, en la primera profesora de la Universitat de València. Tanto su formación universitaria como sus primeros años de docencia coinciden con el inicio de la actividad del Laboratorio de Arqueología de dicha universidad, fundado en 1921 y operativo en 1924. Arozena participa de la actividad del Laboratorio, clasificando material arqueológico e impartiendo, puntualmente, clases de arqueología, epigrafía y numismática. Forma parte, además, de un grupo de docentes interesados en la modernización pedagógica.

Durante la Guerra Civil es cesada temporalmente, y con las depuraciones de la posguerra atraviesa una serie de dificultades que le obligan a crear su propia academia de latín, actividad que compagina con el desarrollo de sus estudios de doctorado. En 1947 es nombrada profesora adjunta, a cargo de asignaturas de Historia del Arte Moderno y Contemporáneo, y en 1949 defiende su tesis doctoral Nuevas aportaciones a la historia de Valencia: notas para el estudio de la vida y la obra de los Maçip. Finalmente, en 1966 renuncia a su cargo como profesora universitaria.