Actrice soviétique et russe, Lioudmila Poliakova est diplômée de l’école supérieure de théâtre Mikhail Shchepkin en 1964. Cela lui permet de commencer à apparaître au cinéma dès 1965 dans des petits rôles, parfois coupés au montage. On la découvre notamment dans Le début d’un siècle inconnu (Gabay, Smirnov, Chepitko, 1967). Après avoir joué dans La couronne de l’empire russe (Keosayan, 1971), elle est surtout repérée pour sa prestation de la mère de famille de L’ascension (Chepitko, 1977), chef d’œuvre qui a obtenu le Lion d’or à Berlin. Fidèle au couple Chepitko – Klimov, on la revoit à l’affiche de Raspoutine l’agonie (Klimov, 1981) et Les adieux à Matiora (Klimov, 1983).
Pourtant, sa carrière cinéma marque le pas et elle retourne au théâtre dans les années 90 où elle se produit au Théâtre Maly de Moscou. On la retrouve tout de même au cinéma dans Humiliés et Offensés (Eshpay, 1991) où elle donne la réplique à la star Nastassja Kinski. Elle tourne également régulièrement pour la télévision et obtient l’Ordre du mérite à la Patrie en 2010.