Narodila sa v Moskve, Ruská SFSR, Sovietsky zväz 18. augusta 1921. Lietať začala ako 15-ročná a v roku 1940 absolvovala leteckú školu Chersonskej národnej technickej univerzity. Absolvovala aj doplnkový kurz navigácie.
Na začiatku druhej svetovej vojny požiadala o bojovú službu, ale jej žiadosť bola zamietnutá, pretože ženy nemali dovolené bojovať. Spolu s Marinou Raškovou však neustále posielali vláde svoje žiadosti, až kým sám Josif Stalin nenariadil vytvorenie 586. stíhacieho leteckého pluku, výlučne ženskej stíhacej jednotky.
Stala sa stíhačkou v sovietskych vzdušných silách. Bola pridelená k 586. stíhaciemu leteckému pluku, ktorému velila Marina Rašková. Lietala bojové misie proti Nemcom v bitke pri Stalingrade a bitke pri Kursku a pripísala si 12 samostatných zostrelov a 4 spoločné zostrely.
Zahynula 1. augusta 1943 po dokončení svojej 180. bojovej misie, keď jej lietadlo zostrelila protilietadlová paľba neďaleko Krasnyj Luch. Posmrtne jej bol udelený titul Hrdina Sovietskeho zväzu.
Celkovo Lily odlietala okolo 265 bojových misií a dosiahla 16 samostatných víťazstiev. Stala sa symbolom vlastenectva a odvahy pre mnohé ženy v Sovietskom zväze a jej príbeh dodnes inšpiruje ľudí.