Родилась она 26 февраля 1879 года в Ростове; отец её служил тюремным надзирателем. Профессия у Людмилы Владимировны была самая мирная: она учила рукоделию, а в 1924 году вышла на пенсию — и, казалось бы, на этом биография должна была закончиться тихо.

Первый арест случился 15 ноября 1930 года. Ей вменили участие в церковно-монархической группе, личные связи с митрополитом Иосифом (Петровых) и архиепископом Евгением и руководство нелегальным сбором средств — на нужды группы и на помощь ссыльным. В апреле 1931 года коллегия ОГПУ приговорила её к трём годам ссылки в Северный край, и будущую мученицу отправили в Котлас Архангельской области. Отбыв срок, она вернулась в Ростов.

В 1936 году её арестовали снова. Обвинение было прежним по сути: переписка со ссыльным митрополитом Иосифом и материальная помощь ему. Особое совещание при НКВД дало три года ссылки в Казахстан, где она содержалась в исправительно-трудовом лагере.

Третий арест настиг её уже там, в городе Меркент, по групповому делу архиепископа Алексия (Орлова) и других. Обвинение строилось на её принадлежности к контрреволюционной группе церковников в Южно-Казахстанской области — так это называлось в бумагах. Виновной себя она не признала и на следствии сказала, что антисоветской деятельностью не занималась.

28 августа 1937 года тройка при областном управлении НКВД приговорила её к высшей мере наказания. 27 сентября 1937 года Людмилу Владимировну расстреляли в Лисьей балке недалеко от Чимкента.

Новомучениц из мирян на иконах принято писать в простой одежде того времени, с крестом в руке — знаком мученической кончины; узнают такие образы прежде всего по надписанию имени. Икону святой Людмилы Петровой берут в дом как именную, а ещё как память о человеке, чья вина состояла в том, что она помогала тем, кому помогать было запрещено.