Lyudmila Pavlichenko sinh năm 1916 tại thành phố Bila Tserkva thuộc đế quốc Nga, nay thuộc Ukraina. Khi lên 14 tuổi, bà cùng gia đình chuyển lên Kiev. Tại đây, ngoài thời gian làm công nhân cho một nhà máy quốc phòng ở Kiev, bà còn tham gia một câu lạc bộ bắn súng và nhanh chóng trở thành một thiện xạ của câu lạc bộ.