Rođena je u Moskvi, Ruska SFSR, Sovjetski Savez, 18. kolovoza 1921. Počela je letjeti s 15 godina, a 1940. diplomirala je na Zrakoplovnoj školi Nacionalnog tehničkog sveučilišta u Hersonu. Pohađala je i dodatni tečaj navigacije.
Početkom Drugog svjetskog rata prijavila se za borbenu dužnost, no zahtjev joj je odbijen jer se ženama nije dopuštalo da se bore. Međutim, ona i Marina Raskova nastavile su slati svoje zahtjeve vladi sve dok sam Josif Staljin nije naredio stvaranje 586. lovačke avijacijske pukovnije, borbene jedinice sastavljene isključivo od žena.
Postala je borbeni pilot u sovjetskim zračnim snagama. Dodijeljena je 586. lovačkoj avijacijskoj pukovniji, kojom je zapovijedala Marina Raskova. Letjela je u borbenim misijama protiv Nijemaca u bitci za Staljingrad i bitci za Kursk, te joj se pripisuje 12 samostalnih ubojstava i 4 zajednička ubojstva.
Poginula je 1. kolovoza 1943. nakon što je izvršila svoju 180. borbenu misiju kada je njezin zrakoplov oboren protuzrakoplovnom vatrom kod Krasnog Luča. Posthumno je dobila titulu Heroja Sovjetskog Saveza.
Ukupno je Lily odletjela oko 265 borbenih misija i ostvarila 16 samostalnih pobjeda. Postala je simbol patriotizma i hrabrosti za mnoge žene u Sovjetskom Savezu, a njezina priča i danas nadahnjuje ljude.