Людмила Улицкая родилась в Башкирии, где находилась в эвакуации её семья. Оба её деда — Яков Самойлович Улицкий и Борис Ефимович Гинзбург — были репрессированы и находились в заключении. После войны Улицкие вернулись в Москву, где Людмила закончила школу.

Окончила биологический факультет Московского государственного университета. Два года проработала в Институте общей генетики АН СССР, откуда она уволилась в 1970 году. С тех пор Улицкая, по её собственному утверждению, никогда не ходила на государственную службу: она работала завлитом Камерного еврейского музыкального театра, писала очерки, детские пьесы, инсценировки для радио, детского и кукольного театров, рецензировала пьесы и переводила стихи с монгольского языка.

Публиковать свои рассказы в журналах Улицкая начала в конце восьмидесятых годов, а известность пришла к ней после того, как по её сценарию были сняты фильмы «Сестрички Либерти» (1990, режиссёр — Владимир Грамматиков) и «Женщина для всех» (1991, режиссёр — Анатолий Матешко), а в «Новом мире» вышла повесть «Сонечка» (1992). В 1994 это произведение было признано во Франции лучшей переводной книгой года и принесло автору французскую премию Медичи. Во Франции же вышла и первая книга Людмилы Улицкой (сборник «Бедные родственники», 1993) на французском языке.

Людмила Улицкая — участник круглого стола «Выражается сильно российский народ!», журнал «Новый мир», № 2 за 1999 год. В мероприятии участвовали: Людмила Улицкая, Галина Щербакова, Михаил Бутов, Елена Невзглядова, Валентин Непомнящий, Валерий Белякович, Вера Павлова.

В 2007 году Улицкая учредила Фонд Людмилы Улицкой по поддержке гуманитарных инициатив. Одним из проектов Фонда является проект «Хорошие книги», в рамках которого Улицкая сама выбирает книги российских издательств и отправляет их в российские библиотеки.

С 2007 года по 2010 год выступала организатором серии книг разных авторов по культурной антропологии для детей «Другой, другие, о других».

Участница конгресса «Украина — Россия: диалог», прошедшего 24-25 апреля 2014 года в Киеве. Критически оценивает ситуацию внутри России, считая, что «нынешняя политика превращает Россию в страну варваров».

Роман Людмилы Улицкой «Лестница Якова» стал победителем зрительского голосования и получил третью премию «Большая книга» 2016 года. Таким образом Людмила Улицкая стала лауреатом этой литературной премии во второй раз.