Hun blev født i Moskva, Russian SFSR, Sovjetunionen den 18. august 1921. Hun begyndte at flyve i en alder af 15 og i 1940 dimitterede hun fra Kherson National Technical University Aviation School. Hun tog også et ekstra kursus i navigation.
I begyndelsen af Anden Verdenskrig søgte hun om kamptjeneste, men hendes anmodning blev afvist, fordi kvinder ikke fik lov til at kæmpe. Hun og Marina Raskova blev dog ved med at sende deres anmodninger til regeringen, indtil Joseph Stalin selv beordrede oprettelsen af det 586. Fighter Aviation Regiment, en jagerenhed, der udelukkende består af kvinder.
Hun fortsatte med at blive jagerpilot i de sovjetiske luftvåben. Hun blev tildelt det 586. Fighter Aviation Regiment, kommanderet af Marina Raskova. Hun fløj kampmissioner mod tyskerne i slaget ved Stalingrad og slaget ved Kursk, og blev krediteret med 12 solo-drab og 4 delte drab.
Hun blev dræbt den 1. august 1943 efter at have fuldført sin 180. kampmission, da hendes fly blev skudt ned af antiluftskyts nær Krasnyi Luch. Hun blev posthumt tildelt titlen Helt i Sovjetunionen.
I alt fløj Lily omkring 265 kampmissioner og opnåede 16 solo-sejre. Hun blev et symbol på patriotisme og mod for mange kvinder i Sovjetunionen, og hendes historie fortsætter med at inspirere folk i dag.