Sesta di sette figli, si laurea presso la Auburn University in Alabama. Debutta nel 1996 nel ruolo di un’infermiera nel film di Joel Schumacher Il momento di uccidere, tratto dall’omonimo romanzo di John Grisham, successivamente prende parte a film come Mai stata baciata, Essere John Malkovich, Spider-Man, Una bionda in carriera e Babbo bastardo. In molti film viene accreditata come Octavia L. Spencer. Nel 2003 recita al fianco di Allison Janney nel pluripremiato cortometraggio Chicken Party, diretto dall’amico d’infanzia Tate Taylor.
La Spencer è attiva anche in ambito televisivo, ha preso parte a varie serie televisive tra cui E.R. – Medici in prima linea, NYPD Blue, LAX, Avvocati a New York, ma viene ricordata per il ruolo dell’assistente sociale Costance Grady nel serie Ugly Betty.
Nel 2008 appare nel film di Gabriele Muccino Sette anime, mentre l’anno seguente recita in Halloween II di Rob Zombie. Nel 2011 viene diretta nuovamente dall’amico Tate Taylor in The Help, tratto dal romanzo di Kathryn Stockett L’aiuto, per la cui interpretazione vince un Golden Globe, un SAG Award e un BAFTA Award e il 26 febbraio 2012 vince l’Oscar alla miglior attrice non protagonista.
Ha ottenuto il successo per la sua interpretazione di Minny Jackson nel film The Help (2011), per il quale ha vinto l’Oscar alla miglior attrice non protagonista, il Golden Globe per la migliore attrice non protagonista, il BAFTA alla migliore attrice non protagonista e due Screen Actors Guild Awards (miglior cast, miglior attrice non protagonista). Nel 2017, ha ricevuto una seconda nomination agli Oscar per la sua interpretazione di Dorothy Vaughan nel film biografico Il diritto di contare.
