Sie wurde am 18. August 1921 in Moskau, Russische SFSR, Sowjetunion, geboren. Sie begann im Alter von 15 Jahren mit dem Fliegen und machte 1940 ihren Abschluss an der Luftfahrtschule der Nationalen Technischen Universität Kherson. Außerdem belegte sie einen Zusatzkurs in Navigation.
Zu Beginn des Zweiten Weltkriegs bewarb sie sich um den Kampfdienst, doch ihr Antrag wurde abgelehnt, da Frauen nicht kämpfen durften. Sie und Marina Raskova richteten jedoch weiterhin ihre Anfragen an die Regierung, bis Joseph Stalin selbst die Schaffung des 586. Jagdfliegerregiments anordnete, einer rein weiblichen Kampfeinheit.
Anschließend wurde sie Kampfpilotin bei den sowjetischen Luftstreitkräften. Sie wurde dem 586. Jagdfliegerregiment unter dem Kommando von Marina Raskova zugeteilt. Sie flog Kampfeinsätze gegen die Deutschen in der Schlacht von Stalingrad und der Schlacht von Kursk und ihr wurden 12 Einzelabschüsse und 4 gemeinsame Abschüsse zugeschrieben.
Sie kam am 1. August 1943 nach Abschluss ihres 180. Kampfeinsatzes ums Leben, als ihr Flugzeug in der Nähe von Krasnyi Luch durch Flugabwehrfeuer abgeschossen wurde. Posthum wurde ihr der Titel Heldin der Sowjetunion verliehen.
Insgesamt flog Lily rund 265 Kampfeinsätze und erzielte 16 Solosiege. Sie wurde für viele Frauen in der Sowjetunion zum Symbol für Patriotismus und Mut und ihre Geschichte inspiriert auch heute noch Menschen.