Людмила Стефановна родилась в Москве в семье служащего. Во время Великой Отечественной войны жила у родственников, а также в детском доме под Уфой. После войны вернулась в Москву.

Окончила факультет журналистики Московского государственного университета (МГУ).

Работала корреспондентом московских газет, сотрудницей издательств, с 1972 года - редактором на Центральной студии телевидения.

В 1972 году в журнале «Аврора» был опубликован её первый рассказ - «Через поля». После этого её проза оказалась под запретом до эпохи перестройки.

Первые пьесы (например, «Уроки музыки», 1973) ставили самодеятельные театры, но они быстро попадали под цензуру. В 1980‑е годы пьесы начали ставить профессиональные театры: «Любовь» в Театре на Таганке, «Квартира Коломбины» в «Современнике», «Московский хор» во МХАТе.

В 1980–1990‑е годы произведения Петрушевской активно публикуются. Среди знаковых работ - повесть «Время ночь» (1992), цикл «Песни восточных славян» (1990), сказки для детей и взрослых.

Создала музыкальный проект «Кабаре Людмилы Петрушевской», выпустила альбомы «Не привыкай к дождю» (2010) и «Сны о любви» (2012).

Проза и драматургия знаменитой писательницы - безусловно, взрослая литература, а её многочисленные сказки - предмет для дебатов. Одни считают их детскими, другие в этом сомневаются. Правда, со временем у Людмилы Стефановны появились откровенно «малышовые» произведения - коротенькие истории про поросёнка Петра, каждая из которых умещается буквально в несколько слов. Слова эти написаны с аскетической простотой, но взрослому глазу видно, как хочется строгому автору хоть минутку побыть в том мире, где розовый Пётр летает на стуле, как на самолёте, а собачка Маруся покупает игрушечные конфеты за игрушечные деньги, сделанные из зелёных листочков.