Urodziła się 18 sierpnia 1921 roku w Moskwie, Rosyjskiej FSRR, Związku Radzieckim. Zaczęła latać w wieku 15 lat, a w 1940 roku ukończyła Szkołę Lotniczą Narodowego Uniwersytetu Technicznego w Chersoniu. Ukończyła także dodatkowy kurs nawigacji.
Na początku drugiej wojny światowej ubiegała się o służbę bojową, ale jej prośba została odrzucona, ponieważ kobietom nie wolno było walczyć. Jednak ona i Marina Raskova wysyłały swoje prośby do rządu, dopóki sam Józef Stalin nie nakazał utworzenia 586 Pułku Lotnictwa Myśliwskiego, składającej się wyłącznie z kobiet jednostki myśliwskiej.
Następnie została pilotem myśliwca w radzieckich siłach powietrznych. Została przydzielona do 586 Pułku Lotnictwa Myśliwskiego dowodzonego przez Marinę Raskovą. Brała udział w misjach bojowych przeciwko Niemcom w bitwie pod Stalingradem i bitwie pod Kurskiem i przypisano jej 12 zabójstw w pojedynkę i 4 współdzielone.
Zginęła 1 sierpnia 1943 roku po ukończeniu 180. misji bojowej, kiedy jej samolot został zestrzelony przez ogień przeciwlotniczy w pobliżu Krasnego Łucza. Pośmiertnie otrzymała tytuł Bohatera Związku Radzieckiego.
W sumie Lily wykonała około 265 misji bojowych i odniosła 16 zwycięstw w pojedynkę. Stała się symbolem patriotyzmu i odwagi dla wielu kobiet w Związku Radzieckim, a jej historia do dziś inspiruje ludzi.