Rođena je 1916. godine, u Beloj Crkvi, malom mestu kraj današnjeg Kijeva. Kada je odlučila da se preseli u Kijev, zaposlila se u fabrici oružja, gde je radila kao brusač, te je na tom mestu imala prilike da se upozna sa raznim vrstama oružja, koje ju je još kao dete fasciniralo. Upisala je studije istorije na Univerzitetu u Kijevu, a u slobodno vreme se bavila streljaštvom. Drugi svetski rat ju je dočekao kada je bila na četvrtoj godini studija, a ubrzo nakon invazije nemačke vojske, postaje član Crvene armije, kao snajperista. Postala je heroj Drugog svetskog rata.
Rat je Ljudmilu zatekao kao dvadeset i četvorogodišnju studentkinju istorije na Kijevskom univerzitetu. Kao i mnogi omladinci i ona je pohitala da se pridruži armiji u želji da brani otadžbinu od invazionih snaga. U početku su je regrutni oficiri sumnjičavo gledali kada im je saopštila da ima iskustva u streljaštvu. Pošto u tom trenutku još nisu primale žene u armiju, ponudili su joj da bude medicinska sestra, ali je ona to odlučno odbila. Dokazavši svoje umeće u streljaštvu, primljena je u 25. streljačku diviziju i tako postala jedna od dve hiljade žena snajperista u Crvenoj armiji. Od tog broja, samo njih 500 je dočekalo kraj rata, a Ljudmila je definitivno bila najuspešnija i najsmrtonosnija, sa 309 ubijenih neprijateljskih lica, od čega je bilo 36 snajperista. U blizini Odese je prvi put ubila dvojicu rumunskih vojnika iz puške Mosin-Nagan (Moskovka) s opitčkim nišanom. Nakon što su Nemci stekli kontrolu nad Odesom, njena divizija je povučena na poluostrvo Krim. Tu ju je zatekla bitka za ukrajinsko poluostrvo, a učestvovala je i u čuvenoj borbi za Sevastopolj. Na prvoj liniji fronta je provela čak 8 meseci, a onda je ranjena je šrapnelom minobacačke granate, juna 1942. godine. Samo mesec dana nakon što se oporavila od ranjavanja, naređeno joj je da se ukrca u podmornicu i napusti Sevastopolj. Ona je u to vreme već postala simbol borbe protiv agresora, pa je svojim nadređenima postala veoma dragocena. Smatrali su da bi njena pogibija srozala moral u ostatku Crvene armije, pa su po svaku cenu želeli da Ljudmila dočeka kraj rata. Želeli su da postane instruktor, kako bi svoju dragocenu veštinu prenela drugim vojnicima. Ljudima je dobila čin majora, pa je nakon toga postala instruktor i obučavala je druge snajperiste, sve do kraja rata. Nikada se više nije vratila na ratište. Nakon bitke za Sevastopolj, poslata je u Kanadu i SAD, i tako je postala prva sovjetska građanka koju je primio američki predsednik. Dobila je čin majora ali se više nije vraćala na front. Postala je instruktor i obučila je do kraja rata više od 100 sovjetskih snajperista. Dobila je više odlikovanja i proglašena je herojinom Sovjetskog Saveza.
Istoričari danas, nekoliko decenija nakon njene smrti, raspravljaju o tome da li je ona zaista bila najbolji snajperista ili je to bio Rus Vasilij Zajcev. On je titulu najuspešnijeg snajperiste stekao tokom Drugog svetskog rata, za vreme Staljingradske bitke, pošto je od 10. novembra do 17. decembra 1942. godine ubio 225 neprijateljskih vojnika i oficira (uključujući i 11 neprijateljskih snajperista). Pre 10. novembra ubio je 32 neprijateljska vojnika koristeći običnu sovjetsku pušku tipa Mosin. Procenjeno je da je 28 snajperista koje je on obučavao izbacilo iz stroja više od 3.000 neprijateljskih vojnika. Iako je Zajcev bio vrhunski snajperista, stručnjaci tvrde da je od njega ipak bila bolja jedna žena. Naravno, Ljudmila.
Godine 1943. odlikovana je Zlatnom zvezdom i proglašena je za heroja Sovjetskog Saveza. Nakon rata vratila se na kijevski univerzitet. U periodu između 1945. i 1953. obavljala je dužnost pomoćnika šefa Glavnog štaba sovjetske mornarice. Učestvovala je u mnogim konferencijama i kongresima. Bila je aktivna u Sovjetskom komitetu ratnih veterana. Umrla je 1974. godine i sahranjena je na groblju Novodevičje u Moskvi.
