Пробу на «Карнавальную ночь» Людмила Гурченко провалила. Решилось всё в коридоре «Мосфильма». Позже она вспоминала: «Я шла подпрыгивающей походкой по коридору студии „Мосфильм“. Навстречу шёл Иван Пырьев. Я ещё больше завихляла, ещё выше подняла подбородок. Пырьев поднял голову, увидел меня, поморщился, а потом лицо его заинтересованно подсобралось. Он сказал, чтобы я шла за ним».
Пырьев привёл её в третий павильон, где шли съёмки. Там он сказал главному оператору, что вот актриса, только снимите её получше. «Вот так я случайно попала в картину», вспоминала Гурченко.
Людмила родилась 12 ноября 1935 года в Харькове. Семья жила в однокомнатной полуподвальной квартире в Мордвиновском переулке. Родители работали в Харьковской филармонии. Отец, Марк Гаврилович, играл на баяне и пел на утренниках и праздниках, а мать, Елена Александровна, помогала ему вести вечера. Мать происходила из дворян, её отец до революции был директором гимназии в Москве.
Когда началась война, отец ушёл на фронт 29 октября 1941 года, хотя был инвалидом и не подлежал призыву. Шестилетняя Людмила осталась с матерью в оккупированном Харькове. По её словам, уже тогда она пела и танцевала перед немцами, чтобы получить хоть какую-то еду. Она исполняла немецкие оперетты и репертуар Марики Рёкк.
В феврале и марте 1943 года город вторично оказался под оккупацией. Гурченко связалась со шпаной на рынке и во время немецкой облавы только чудом осталась жива. 23 августа 1943 года Харьков освободили, а 1 сентября она пошла в украинскую школу № 6. В школе ей полюбился украинский язык. Осенью 1944 года она поступила в музыкальную школу имени Бетховена.
После десятилетки, в 1953 году, Гурченко уехала в Москву и поступила во ВГИК, в мастерскую Сергея Герасимова и Тамары Макаровой. Её однокурсниками были Виталий Матвеев, Наталья Фатеева и Зинаида Кириенко. Первую драматическую роль она сыграла на третьем курсе: Амалию в «Разбойниках» Шиллера.
На дипломном курсе играла Кето в оперетте «Кето и Котэ» и Имоджин в сценической композиции по Драйзеру «Западня». В этом спектакле она пела, танцевала и играла на рояле. Институт окончила в 1958 году.
В кино она дебютировала в 1956 году ролью Люси в киноповести Яна Фрида «Дорога правды». Второй картиной стал фильм Абрама Роома «Сердце бьется вновь». А 28 декабря того же года вышла «Карнавальная ночь» Эльдара Рязанова, где Гурченко сыграла Лену Крылову. Роль принесла ей широкую известность.
Фильм стал одним из символов хрущёвской оттепели. Песня «Пять минут» превратилась в своеобразный гимн Нового года. Глядя на Лену Крылову, советские женщины узнали о стиле New Look, который Кристиан Диор предложил в 1947 году. Так пошла мода на причёски и платья «как у Гурченко».
После этого успеха для неё написали сценарий фильма «Девушка с гитарой», рассчитывая на её популярность. Такого успеха фильм не имел.
Материальное положение молодой актрисы было сложным. Она выступала с концертами на заводах и шахтах, ездила по стране, соглашалась на творческие встречи со зрителями. Это дало формальный повод для травли. 30 марта 1958 года «Комсомольская правда» напечатала фельетон «Чечётка налево». Его авторы, Илья Шатуновский и Борис Панкин, критиковали за такие выступления нескольких артистов, и Гурченко среди них.
После этого десять лет она не получала заметных ролей в кино. Но от экрана она не отходила: перерывов в съёмках больше года у неё не было. С 1959 по 1969 год она снялась в главных ролях в пяти фильмах: «Роман и Франческа», «Гулящая», «Укротители велосипедов», «Нет и да», «Белый взрыв». Картины делали в основном на республиканских студиях, и большого успеха они не имели.
Она пробовала себя и в драме. «Балтийское небо» (1960) показали на Международном кинофестивале в Венеции. Потом был «Рабочий посёлок» (1966). Успехом у зрителя пользовались в основном эпизоды: в «Женитьбе Бальзаминова» (1964), «Дороге на Рюбецаль» (1970) и «Короне Российской империи, или Снова неуловимые» (1971).
Параллельно шла работа в театре. С 1958 по 1964 год Гурченко служила в Театре-студии киноактёра. Затем два года была актрисой московского «Современника», где в 1964 году сыграла Роксану в «Сирано де Бержераке». С 1966 по 1969 год она числилась артисткой «Госконцерта».
В 1970-е Гурченко вновь стала одной из ведущих актрис страны. Помогли музыкальные фильмы: «Табачный капитан» (1972), «Соломенная шляпка» (1974), «Небесные ласточки» (1976) и «Волшебный фонарь» (1976). Регулярно выходили её телевизионные музыкальные программы, в том числе бенефис. Позже выпустили несколько пластинок с её песнями.
14 июня 1976 года на съёмках на льду клоун Олег Попов упал и сломал ей правую ногу. Сразу после операции она продолжила сниматься. Танцевать и ходить на шпильках она смогла вновь только после многолетних тренировок и специальных упражнений.
Тогда же её начали приглашать на драматические роли. В 1976 году она сыграла в военной драме Алексея Германа «Двадцать дней без войны». Партнёром стал Юрий Никулин, к тому времени тоже зарекомендовавший себя в первую очередь как комедийный актёр. Гурченко предстала в непривычном для публики виде: с мальчишеской стрижкой и в предельно простых костюмах. В том же 1976 году ей присудили Государственную премию РСФСР имени братьев Васильевых за фильм «Старые стены».
Затем была «Сибириада» Андрея Кончаловского, удостоенная в 1979 году Гран-при Каннского фестиваля. В 1979-м вышли и «Пять вечеров» Никиты Михалкова, где Гурченко сыграла Тамару Васильевну.
В 1980-е успех стал большим. В «Любимой женщине механика Гаврилова» (1981) она сыграла Маргариту Соловьёву. Год спустя за эту роль её наградили призом за лучшую женскую роль на кинофестивале в Маниле. А в 1982 году вышел «Вокзал для двоих» Рязанова, где она сыграла официантку Веру Нефёдову. Роль принесла ей приз лучшей актрисы на XVI Всесоюзном кинофестивале в Ленинграде.
Фильм посмотрел генеральный секретарь ЦК КПСС Юрий Андропов. Он отметил работу Гурченко и инициировал присвоение ей звания народной артистки СССР. Звание она получила в 1983 году. По опросу журнала «Советский экран» «Вокзал для двоих» признали лучшим фильмом 1983 года, а её саму лучшей актрисой. Шёлковые блузки с подплечниками, рукава-пуфы и узкие юбки-карандаши буфетчицы Веры стали образцом для многих женщин.
В 1984 году она сыграла Раису Захаровну, сотрудницу отдела кадров, в «Любви и голубях» Владимира Меньшова. Позже были «Моя морячка» (1990) и «Гардемарины III».
Гурченко была замужем пять раз. Первым мужем с 1953 по 1955 год был кинорежиссёр Василий Ордынский. В 1958 году она вышла за сценариста и историка Бориса Андроникашвили, сына писателя Бориса Пильняка. 5 июня 1959 года у них родилась дочь Мария Королёва.
С 1962 по 1964 год она была замужем за актёром Александром Фадеевым, сыном народной артистки СССР Ангелины Степановой. В 1967 году вышла за эстрадного певца Иосифа Кобзона. В 1970 году они развелись.
Летом 1973 года, во время подготовки программы «Поёт товарищ кино», она познакомилась с пианистом и аранжировщиком Константином Купервейсом. Вскоре начался роман, который перерос в гражданский брак. Он продлился 18 лет.
В 1991 году на съёмках фильма «Сексказка» Гурченко встретила кинопродюсера Сергея Сенина. Годы спустя он стал её мужем. Вместе они создали Театральное объединение «Дуэт» и выпустили первый московский мюзикл «Бюро счастья» (1998). Затем были антрепризные спектакли «Мадлен, спокойно!», «Случайное счастье милиционера Пешкина», «Похищение Сабинянинова» и «Паб».
Дочь Мария умерла 8 ноября 2017 года от сердечной недостаточности. Внук Марк, родившийся в 1982 году, умер в 1998-м. Внучка Елена родилась в 1983 году.
Гурченко писала книги. Вышли её автобиографические «Моё взрослое детство» (1982), «Аплодисменты» (1987) и «Люся, стоп!» (2002). В 2009 году она сняла свою единственную режиссёрскую работу, фильм «Пёстрые сумерки». В основу легла история слепого пианиста Олега Аккуратова. Гурченко стала автором идеи, композитором и исполнительницей главной роли.
12 ноября 2010 года она отметила 75-летие на сцене. К юбилею телеканал НТВ снял бенефис «Марковна. Перезагрузка». В нём она перевоплотилась в Леди Гагу, спела песню Сергея Шнурова «День рождения» и исполнила дуэты с современными музыкантами. Экстравагантными экспериментами со стилем она удивила публику.
В январе и феврале 2011 года она снималась в Киеве в фильме «Легенда. Людмила Гурченко». В основе были её биографические монологи и их игровое воспроизведение, а ещё десять песен-клипов, воплотивших этапы её судьбы. Это стала её последняя съёмка.
12 февраля 2011 года она поскользнулась возле своего дома и получила перелом шейки бедра. На следующий день её прооперировали, а 6 или 7 марта выписали. 30 марта её состояние ухудшилось из-за тромбоэмболии лёгочной артерии. Бригада скорой помощи приехала через 21 минуту, но реанимировать актрису не смогла. Смерть зафиксировали в 19:28. Это подтвердил муж Сергей Сенин.
Прощание прошло 2 апреля 2011 года в Центральном доме литераторов. В тот же день её похоронили на Новодевичьем кладбище. В день прощания в московском метро звучали её песни и стихи. На церемонии «Ника» 7 апреля зал почтил её память стоя. В июле на конкурсе «Новая волна» артисты исполнили песню Земфиры «Хочешь?», и зал снова аплодировал стоя.
Харьков сделал её почётным гражданином ещё в 1999 году. В 2015 году один из переулков города получил имя Людмилы Гурченко. В Москве в квартире, где она жила последние годы, в 2016 году открыли Музей-мастерскую. О ней снято много документальных программ, среди них «Людмила Гурченко: в блеске одиночества» (2010). Книга Валерия Кичина о ней называется «Танцующая в пустоте». В 2015 году вышел биографический сериал, где главную роль сыграла Юлия Пересильд.
Филипп Киркоров на сольном концерте 11 июня 2012 года сказал: «Людмила Марковна — это великая актриса, певица. Она дива». А 19 июля 2018 года в Харькове открыли самый большой памятник Гурченко. В композицию вошли 15 персонажей из шести фильмов: Леночка Крылова из «Карнавальной ночи», супруги Кузякины и Раиса Захаровна из «Любви и голубей». Над ними возвышается скульптура самой актрисы.