Ač se narodil v Novém Jičíně, své dětství strávil v Karlových Varech. Matka vyučovala v Lidové škole umění a otec Vladimír Pavelka se živil divadlem. Možná i to ovlivnilo Ondřeje Pavelku při výběru studia po absolvování gymnázia. Přihlásil se na pražskou DAMU, kde se později dokonce sám stal pedagogem.
Hrál například v divadlech Na zábradlí nebo v Ypsilonce, později i v Národním divadle. Napsal se Zdenkem Zaoralem a Evou Paškovou námět a scénář k filmu Poutníci roku 1988. Ondřej Pavelka působil i v několika televizních inscenacích, seriálům se spíše vyhýbal a nabídky mnohdy odmítnul. Zlom přišel až v roce 2005, kdy přijmul roli fitness záletníka Farského v Ulici televize Nova po boku Ilony Svobodové, kde působil řadu let.
Ondřej Pavelka se zapsal do povědomí veřejností i svými občasnými opileckými excesy. Na večírku herců seriálu Ulice se dokonce zpil tak, že se válel na schodech hotelu, kde se večírek pořádal. „Občas se napije každý, ale na oficiální akci by se to stávat nemělo," komentovala to Jana Bernášková. Jenže Ondřej svou ostudu vyzdvihl na divadelní prkna a napsal o tom hru, takže nakonec vyšel jako vítěz.
Jeho první životní partnerkou a manželkou byla herečka Eva Salzmannová. Po rozvodu následovala herečka Sabina Králova, ale i tento vztah ztroskotal. Ondřej Pavelka má dva syny.