Людмила Марковна Гурченко родилась 12 ноября 1935 года в городе Харькове в семье Марка Гавриловича Гурченко (1898—1973) и Елены Александровны Симоновой-Гурченко (1917—1999).
В 1953 году, после окончания десятилетки, она поехала в Москву и поступила во ВГИК, который окончила в 1958 году.
В кино Людмила Гурченко дебютировала в фильме Яна Фрида «Дорога правды» (1956). В том же году на экраны страны вышла новогодняя комедия молодого режиссёра Эльдара Рязанова «Карнавальная ночь», в которой главные роли, по настоянию Ивана Пырьева, сыграли известный Игорь Ильинский и студентка Людмила Гурченко. Фильм имел огромный успех и на многие годы полюбился зрителям, и благодаря роли Леночки Крыловой Гурченко стала всесоюзной любимицей. В следующем году актриса снялась в комедии «Девушка с гитарой», после чего ее не приглашали сниматься девять лет.
Гурченко проявила также и талант драматической актрисы, свидетельством чему её главная роль Марии в фильме «Рабочий посёлок» (1966).
Переломным для неё стал фильм Виктора Трегубовича «Старые стены» (1973, премьера — 1974), где она исполнила роль Анны Георгиевны.
Гурченко блестяще сыграла (и спела) в музыкальной ленте «Соломенная шляпка» (1974, премьера — 1975), поставленной Леонидом Квинихидзе.
Среди лучших работ Людмилы Гурченко можно назвать такие фильмы, как «Двадцать дней без войны» Алексея Германа, «Сибириада» Андрея Михалкова-Кончаловского, «Пять вечеров» Никиты Михалкова, «Вокзал для двоих» Эльдара Рязанова, «Любимая женщина механика Гаврилова» Петра Тодоровского, «Полёты во сне и наяву» Романа Балаяна, «Любовь и голуби» Владимира Меньшова.
В 1982 году из печати вышла книга Людмилы Гурченко «Моё взрослое детство». Позже актриса опубликовала книги «Аплодисменты» и «Люся, стоп!» (2003). Кроме того, вышли несколько пластинок с песнями в исполнении Людмилы Гурченко.
Первым мужем Людмилы Гурченко был Борис Андроникашвили, сценарист и историк, сын писателя Б. Пильняка и двоюродный брат грузинских режиссёров Георгия и Эльдара Шенгелая. У них родилась дочь Мария (1959), от которой у Людмилы Гурченко есть внучка Елена.
Вторым мужем Гурченко был актёр Александр Фадеев, приёмный сын писателя Александра Фадеева.
Третьим мужем — Иосиф Кобзон;
четвёртым (на протяжении 18 лет) — музыкант и аккомпаниатор актрисы Константин Купервейс (род. 1949), сын писателя Тобяша Купервейса (род. 1922).
Вплоть до своей кончины Людмила Марковна была замужем за продюсером Сергеем Сениным, с которым познакомилась во время съемок фильма «Секс-сказка» по Владимиру Набокову.
Людмила Марковна умерла 30 марта 2011 года у себя дома в Москве, о чем сообщил ее муж.[По предварительным данным, поступившим от медиков, констатировавших по приезде смерть, актриса скончалась от сердечного приступа.
