Finalmotståndaren Inac Kobe Leonessa kunde räkna in sju spelare från Japans världsmästarlandslag.
Matchen i Tokyo sågs av drygt 15.000 på läktarna.
Hemmalaget hade första heta chanserna bland annat ett skott i ribban.
I 39:e minuten gav Ji So Yun Kobe ledningen efter en målvaktsretur.
Till andra halvlek byttes Lara Dickenmann in för Eugenie Le Sommer bredvid Lotta Schelin som fick full speltid. Lara prickade en gång stolpe och en gång ribba.
Olympique spelade med högt försvar och det gav Homare Sawa en chans att utöka den japanska ledningen.
I 80:e minuten kvitterade Corine Franco för Olympique Lyonnais på ett listigt lagd frispark.
Tre minuter före full tid stod Kobe-målvakten Ayumi Kaihori för matchens räddning på en praktnick av Lotta Schelin.
Efter 1-1 vid full tid vidtog förlängning. !2 minuter in på första perioden tilldömdes Olympique Lyonnais straff efter att Laetitia Tonazzi fällts. Sonia Bompastor fick förtroendet och väntade ut Ayumi Kaihori som hade tyngden på fel ben.
