Nació en Moscú, SFSR de Rusia, Unión Soviética el 18 de agosto de 1921. Comenzó a volar a los 15 años y en 1940 se graduó en la Escuela de Aviación de la Universidad Técnica Nacional de Kherson. También realizó un curso adicional de navegación.
Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, solicitó el servicio de combate, pero su solicitud fue denegada porque a las mujeres no se les permitía luchar. Sin embargo, ella y Marina Raskova siguieron enviando sus solicitudes al gobierno hasta que el propio Joseph Stalin ordenó la creación del 586.º Regimiento de Aviación de Cazas, una unidad de combate exclusivamente femenina.
Luego se convirtió en piloto de combate en las Fuerzas Aéreas Soviéticas. Fue asignada al 586.º Regimiento de Aviación de Cazas, comandado por Marina Raskova. Voló en misiones de combate contra los alemanes en la Batalla de Stalingrado y la Batalla de Kursk, y se le atribuyeron 12 muertes en solitario y 4 muertes compartidas.
Murió el 1 de agosto de 1943 después de completar su misión de combate número 180 cuando su avión fue derribado por fuego antiaéreo cerca de Krasnyi Luch. Se le concedió póstumamente el título de Héroe de la Unión Soviética.
En total, Lily voló alrededor de 265 misiones de combate y logró 16 victorias en solitario. Se convirtió en un símbolo de patriotismo y coraje para muchas mujeres en la Unión Soviética y su historia continúa inspirando a la gente hoy en día.