Lyudmila sa narodila v meste Bila Cerkva neďaleko Kyjeva, do ktorého sa v 14 rokoch s rodičmi presťahovala. Mladé dievča sa onedlho prihlásilo k oddielu ostreľovačov, kde už počas výcviku získala svoje prvé vyznamenanie. V tom období pracovala v zbrojárskom závode a v roku 1937 sa prihlásila aj na kyjevskú univerzitu, kde chcela študovať učiteľstvo histórie. Život to však zariadil inak.
V roku 1941 zahájil Adolf Hitler invazívnu operáciu Barbarossa, Lyudmila mala len 24 rokov, keď narukovala do armády a zaradila s k sovietskym pozemným jednotkám. Za krátko preukázala svoje schopnosti a bola priradená k 25. streleckej divízii červenej armády. Celkovo v sovietskej armáde bolo až 2 000 ženských ostreľovačiek. Predpokladá sa, že ku koncu vojny ich prežilo len niečo okolo 500.
Pavlichenko bojovala priamo na fronte počas obliehania Odesy, už tu ju povýšili na seržantku za 187 úspešných zabití nacistických vojakov. Pavlichenko sa z Odesy stiahla do Sevastopoľu, kde bolo jej úlohou brániť mesto. Od októbra 1941 do mája 1942 zaznamenala podľa dostupných údajov Lyudmila Pavlichenko ďalších 257 úspešných zásahov a stala sa poručíčkou. V júni 1942 bola zranená a po zásahu šrapnelom do tváre ju sovietske vedenie stiahlo z boja. Celkovo mala teda na konte 309 úspešných výstrelov.
Vyslúžila si prezývku „Lady Death“. Nemeckí vojaci, ako neskôr Lyudmila uviedla, sa ju snažili presvedčiť, aby prešla na ich stranu, no neúspešne. Úplatok v podobe čokolády nebol dostatočný. Pavlichenko sa dostalo okrem množstva vyznamenaní za jej služby vlasti aj ďalších ocenení. V roku 1942 sa stala vôbec prvou občiankou Sovietskeho zväzu, ktorú privítali v Bielom dome. Stretla sa s prvou dámou Eleanor Roosveltovou, s ktorou sa spriatelila. A neskôr sa v roku 1957 stretli aj v Moskve. Ešte počas 2. svetovej vojny sa vybrala na turné po Spojených štátoch amerických a prednášala vojakom a vojačkám o svojich skúsenostiach ženy v boji. Vystupovala s prejavmi po celej krajine, hoci nevedela po anglicky. Po USA cestovala v sovietskej uniforme.
Samozrejme, vyslúžila si množstvo kritiky, útočili na jej vzhľad, na to ako vystupuje a stala sa aj terčom sexistických narážok. Nedala sa však odradiť a potom, čo ju verbálne napadla skupina mužov Chicagu nezostala svojej nezlomnej povesti nič dlžná. „Páni, mám 25 rokov a doteraz som zastrelila 309 nacistických vojakov. Nemyslite si, že by ste sa predo mnou dlho dokázali skrývať.“
Neskôr ju začali podporovať aj samotní Američania a otvorene začala hovoriť aj o rasovej segregácii a rodovej rovnosti v rámci sovietskej armády. Lyudmila Pavlichenko ďalej cestovala po Kanade, Európe aj Veľkej Británii a vyslúžila si aj vyznamenanie Leninovho rádu. Do konca vojny v roku 1945 ešte pomáhala cvičiť sovietskych ostreľovačov, dokončila štúdium na kyjevskej univerzite a stala sa historičkou.
Lyudmila Pavlichenko však čoskoro po vojne začala trpieť depresiami a posttramatickou stresovou poruchou. V roku 1975 podľahla mozgovej príhode. Po smrti sa stala Pavlichenko v Rusku vojnovou hrdinkou, ktorú si pripomínajú ako najúspešnejšiu ženskú ostreľovačku v dejinách krajiny.
„Vo vojne bolo všetko pokryté krvou. Je zrejmé, že americkým ženám záleží na tom, aby mali pod uniformou hodvábnu spodnú bielizeň […] Čo znamená uniforma, ešte sa musia naučiť.“
Lyudmila Pavlichenko
Príbeh o vojnovej hrdinke Lyudmile Pavlichenko bol sfilmovaný vo filme Bitka o Sevastopoľ (2015).
