11 grudnia 2009 roku na KSW 12 wziął udział w ośmioosobowym turnieju wagi ciężkiej. W ćwierćfinale przegrał niejednogłośną decyzją sędziów z Łotyszem Konstant?nsem Gluhovsem. W półfinale (zastąpił kontuzjowanego Dawida Baziaka) przegrał jednogłośną decyzją sędziów z przyszłym zwycięzcą turnieju, amerykańskim zapaśnikiem Davidem Olivią.
18 czerwca 2010 roku na gali Pro Fight 5 we Wrocławiu wygrał przez poddanie w 1. rundzie z Błażejem Wójcikiem.
10 czerwca 2011 roku przegrał niejednogłośną decyzją sędziów z Michałem Włodarkiem.
20 sierpnia 2011 roku na gali Wieczór Mistrzów znokautował w 1. rundzie Jakuba Beresińskiego.
5 listopada 2011 roku wygrał jednogłośną decyzją sędziów z brytyjskim grapplerem Daymanem Lake i zdobył pas Bushido FC.
25 maja 2012 roku zwyciężył w turnieju Honor Wojownika wagi ciężkiej w Charkowie zdobywając puchar imienia Ihora Wowczanczyna. Jeszcze tego samego roku 9 listopada ponownie wygrał turniej Honor Wojownika wagi ciężkiej odbywający się na Ukrainie.
13 maja 2013 Omielańczuk poinformował o podjęciu współpracy z federacją Ultimate Fighting Championship.
22 września 2013 roku w swojej debiutanckiej walce w UFC, pokonał w 3. rundzie przez nokaut również debiutującego Austriaka Nandora Guelmino. Po dwóch przegranych starciach na punkty w 2014 i 2015, zanotował passę trzech zwycięstw z rzędu, pokonując m.in. Aleksieja Olejnika w lipcu 2016.
Od 2012 żonaty. W czasie przygotowań do debiutu w UFC występował w programie „Moja droga do UFC” nadawanym w stacji Orange Sport. Program przybliżał widzom postać Omielańczuka nie tylko od strony sportowej, ale również prywatnej oraz zawodowej.