До 14 лет Людмила училась в средней школе № 3 города Белая Церковь, затем с семьёй переехала в Киев. После окончания девятого класса Людмила работала шлифовальщицей на заводе «Арсенал» и одновременно училась в десятом классе, завершая среднее образование.
В 1932 году вышла замуж за Алексея Павличенко, родила сына Ростислава (1932—2007). Однако, вскоре брак был расторгнут, и Людмила вернулась жить к родителям[3].
По штатному расписанию военного времени каждой стрелковой роте полагалось иметь двоих снайперов. В декабре 1941 года под Севастополем Людмила познакомилась с младшим лейтенантом Леонидом Киценко, служившим в том же полку, где и она[4]. Он тоже был снайпером. На задания их стали отправлять вдвоём. Вскоре Леонид и Людмила подали рапорт командованию о заключении брака, однако в марте 1942 года позиция снайперов попала под миномётный огонь и младший лейтенант Киценко был смертельно ранен. Людмила сама вынесла тело жениха с поля боя[3].
В течение первых месяцев войны и обороны Одессы Людмила Павличенко уничтожила 179 немецких и румынских солдат и офицеров. К июню 1942 года на счету Л. М. Павличенко было уже 309 подтверждённых уничтожений солдат и офицеров противника, в том числе 36 снайперов противника. Кроме того, за период оборонительных боёв она смогла обучить множество снайперов, передавая фронтовикам свой опыт.
Дж. Р. Джексон, первая леди Э. Рузвельт и Л. Павличенко в ходе выступления в Вашингтоне. Сентябрь 1942 года. Фото из собрания библиотеки Конгресса США
В Америке ей подарили пистолет «Кольт»[5], а в Канаде — винтовку «Винчестер» (последняя выставлена в Центральном музее Вооружённых сил РФ в Москве). Американский певец в стиле кантриВуди Гатри написал про неё песню «Miss Pavlichenko»[6]. В Канаде делегацию советских военных приветствовали несколько тысяч канадцев, собравшихся на Объединённом вокзале Торонто (Union Station Toronto).
На одной из встреч с журналистами, после очередных расспросов про детали быта женщины-солдата, произнесла легендарную фразу:
«Мне 25 лет, на фронте я успела уничтожить 309 фашистских захватчиков. Не кажется ли вам, джентльмены, что вы слишком долго прячетесь за моей спиной?»
Данная фраза сорвала апплодисменты и приблизила американскую общественность к пониманию происходящего на восточном фронте и необходимость открытия второго фронта.