Scott McTominay orsakade straffen med en farlig spark djupt in på tilläggstid. Efter en VAR-koll stod sig beslutet och fram klev inhopparen Larsson med chansen att kvittera med matchens sista spark.
Men Onana läste straffen och lyckades stöta undan bollen och rädda segern åt en hårt pressad klubb.
– Jag gjorde bara mitt jobb. Det viktigaste är att vi slog en svår motståndare, säger Onana till TNT Sports.
Konsekvensen: Med tre matcher kvar är United en poäng bakom tvåan Galatasaray i grupp A som leds av Bayern München. FCK är sist på en poäng.
Tyst minut
Mötet föregicks av en tyst minut för att hedra Unitedlegendaren Bobby Charlton som dog i lördags, 86 år gammal.
Charlton gjorde 249 mål på 758 matcher för klubben.
Köpenhamns lagkapten Viktor Claesson var ende svenske spelare på planen från start. Victor Nilsson Lindelöf inledde på bänken för United men kom in i andra halvlek, som vänsterback.
Jordan Larsson (in i 85:e minuten) och Roony Bardghji var båda avbytare för FCK.
Claesson led med Larsson efter straffmissen.
– Det är sådant som händer. Det är bara en straffspark, och det är större spelare än han som har missat i viktigare lägen. Det är så klart tungt, men det är bara att gå vidare, säger Claesson till TV4 play.
Uniteds lika efterlängtade som nödvändiga seger fixades av mittbacken Harry Maguire, så ofta kritiserad och hånad. Maguire nickade in segermålet med 20 minuter kvar.
– Det var meningen att vi skulle vinna. André gjorde en strålande räddning och vi kan tillägna Sir Bobby (Charlton) och hans familj segern, säger Maguire.
För en fotbollsälskare, oavsett klubbsympati, var det snudd på att betrakta som ett änglalikt mål med tre spelare inblandade – mittbacken Gabriel och anfallarna Gabriel Jesus och Gabriel Martinelli – när Arsenal tog ledningen i Sevilla.
Gabriels rensande spark från eget straffområdet togs ned på foten av Jesus, som raskt vände bort två motståndare.
Jesus levererar
I djupled sprang Martinelli, fick bollen i steget och avslutande löpningen från mittlinjen med att runda Örjan Nyland och rulla in bollen.
Jesus var inte klar för kvällen. I början av andra halvlek pricksköt han elegant in 2–0 och nätade för tredje gruppspelsmatchen i följd.
Sevilla fick kontakt via Nemanja Gudeljs reducering på nick och var ytterst nära 2–2 men Mariano Diaz prickade ribban.
I B-gruppens andra match spelade Lens och PSV Eindhoven 1–1. Arsenal leder gruppen före Lens.
Real Madrid ångar på mot åttondelsfinal. Rodrygo och Jude Bellingham gjorde målen i 2–1-segern borta mot Braga. Real står på full pott halvvägs in i gruppspelet.
Landslagsmittfältaren Jens Cajuste spelade från start för Napoli borta mot Union Berlin men byttes ut i halvtid. Regerande italienska mästarklubben vann med 1–0 och skuggar Real i grupp C
Även Real Sociedad har skaffat sig ett gynnsamt läge. 1–0 borta mot Benfica innebär att Sociedad står på sju poäng i grupp D, lika många som Inter.
