Popova sinh ngày 17 tháng 12 năm 1921 tại Shabanovka (Orlovskaya oblast), Nga.[2] Là con gái của một người lái xe lửa, bà lớn lên gần các mỏ than Donetsk ở Ukraina. Khi còn ở tuổi thanh thiếu niên, bà yêu thích âm nhạc, đàn hát và khiêu vũ, tham gia các vở kịch và nhạc kịch nghiệp dư, mơ ước trở thành một nữ diễn viên. Báo The Economist từng tường thuật bà có một "tinh thần hoang dã, dễ chán nản, cô ấy thích tango, foxtrot, hát theo nhạc jazz. Nó làm cô ấy cảm thấy tự do." [3] Khi một chiếc máy bay nhỏ hạ cánh gần ngôi làng của mình, bà trở nên say mê hàng không, đăng ký vào một trường học bay ở tuổi 15 [2] mà không nói với bố mẹ.[4] "Khi đi về phía máy bay, mỗi lần, cô ấy sẽ có một gánh nặng trong bụng; mỗi lần cất cánh, cô ấy lại hồi hộp." [3]

Năm 1937, bà thực hiện cả cú nhảy dù đầu tiên và chuyến bay một mình đầu tiên ở tuổi 16. Bất chấp sự phản đối của cha mẹ, bà vẫn theo đuổi đam mê mới và có được giấy phép bay.

Ban đầu, bà bị từ chối cho phép nhập học trong một trường phi công,[5] nhưng sau khi Polina Osipenko,[6] Thanh tra Hàng không tại Quân khu Moskva, giới thiệu, bà được phép đăng ký vào trường bay Kherson, tốt nghiệp ở tuổi 18 và trở thành một giáo viên bay.[7]