Лидия Смирнова родилась 13 февраля 1913 года в городе Мензелинске в Татарстане (по другим источникам - в Тобольске), в семье царского офицера и земской учительницы.

После окончания школы Лидия поступила в промышленно—экономический техникум. Одновременно с учебой в нем она три года занималась в хореографическом училище при Большом театре. Получив диплом экономиста, попала на работу в Главное управление авиационной промышленности. Вскоре после этого поступила в авиационный институт и в 1932 году вышла замуж. Ее мужем стал журналист Сергей Добрушин, с которым она познакомилась на лыжной прогулке. Как вспоминала позже Смирнова, она с компанией возвращалась на лыжную базу и навстречу им попалась другая компания лыжников, среди которых был Добрушин. Они познакомились и через месяц сыграли свадьбу. 

Со 2—го курса авиационного института Лидия Смирнова ушла в театральное училище. Она подала заявление одновременно в Вахтанговское училище, школу Камерного театра и во Всесоюзный государственный институт кинематографии, везде была принята и выбрала школу—студию при Камерном театре из—за того, что та была ближе к дому, в котором она жила. Руководителем школы был Александр Таиров. В 1938 году Смирнова успешно закончила обучение, и Таиров предложил ей место в своем театре. Такого приглашения из всего курса удостоились лишь двое. В то время в Москве Камерный театр был очень популярен, но одновременно с предложением Таирова кинорежиссер Владимир Корш—Саблин позвал Лидию Смирнову на главную роль в фильме «Моя любовь». И начинающая актриса выбрала кино. В Камерном театре она успела сыграть лишь одну роль - в спектакле «Аристократы», после чего театр уехал с гастролями на Дальний Восток, а Смирнова начала сниматься в фильме. 

Впервые Смирнова снялась в кино в 1934 году в эпизодической роли в фильме «Настенька Устинова», но настоящая кинокарьера актрисы началась именно с фильма «Моя любовь», в которой она сыграла роль Шурочки. После выхода этой картины на экраны в 1940 году Шурочка в исполнении Смирновой понравилась огромному количеству зрителей. Лидия играла практически саму себя, ее Шурочка была полна энергии, оптимизма и веры в будущее. Александр Ширвиндт рассказывал: «Фильм и песня «Мы на лодочке катались» врезались в память как эталон чистоты, любви, моих представлений о женщине — курносая, веселая, красивая. Вместо того, чтобы ходить в школу, я караулил Смирнову на улице. Однажды я ее дождался. Она шла шикарная и улыбчивая, как всегда. Красавица, одним словом! Я к ней подошел: «Вот, Лидия Николаевна, у меня альбомчик…». Она спросила мое имя и написала «Шуре на память». Фотографию я храню до сих пор». 

После премьеры фильма «Моя любовь» Лидия Смирнова вспоминала: «Этот день был для меня самым счастливым. Москва и Ленинград были увешаны моими портретами. Все пели песни из фильма, которые написал Дунаевский. Меня стали узнавать на улице, брать автографы, называть не Лидой, а Шурочкой. И письма писали как Шурочке». На съемках этой картины между Смирновой и композитором Исааком Дунаевским завязались отношения. Встречи влюбленных происходили в трехкомнатном номере композитора в гостинице «Москва» и продолжались в течение нескольких месяцев, пока снимался фильм. Тогда же, во время съемок фильма «Моя любовь», Смирновой пришлось сделать аборт, после которого она уже не могла иметь детей. 

В феврале 1940 года Смирнова уехала в Ялту, где начались съемки ее очередного фильма «Случай в вулкане», и Дунаевский каждый день присылал Смирновой письма и телеграммы. Но пока композитор тосковал по Лидии, актриса в Ялте пережила новое увлечение. Она влюбилась в капитана парохода «Кубань» Валерия Ушакова. Их свидания держались в строгом секрете от режиссера фильма Евгения Шнейдера, хотя другие актеры были осведомлены об этом романе и помогали влюбленным. Но однажды ночью в номер к Смирновой пришли члены проверочной комиссии, и капитану пришлось на связанных простынях спускаться из окна. Тем временем Дунаевский продолжал слать возлюбленной телеграммы, а после ее возвращения предложил выйти за него замуж, но она от этого предложения отказалась. 

Когда началась Великая Отечественная война, муж Смирновой - журналист Сергей Добрушин, не дожидаясь повестки, сам пошел на призывной пункт и попал на фронт. Лидия Смирнова тем временем жила в Москве, снималась в боевых киносборниках, тушила по ночам зажигательные бомбы и, благодаря своей популярности, сумела приехать на фронт к мужу, где провела с ним три дня. Но вскоре он погиб под Смоленском, а киностудия «Мосфильм», где работала Смирнова, была эвакуирована в Алма—Ату. Там артисты приступили к съемкам фильма «Она защищает Родину». Актриса была потрясена гибелью супруга. А тем временем ее благосклонности стали добиваться режиссер Фридрих Эрмлер и оператор Владимир Рапопорт. Актрисы голодали, и однажды в комнату, в которой жили Вера Марецкая и Лидия Смирнова, пришел Эрмлер. Он принес коптилку и два отварных яйца в качестве подарка: «Вот вам свет и еда». Но следом пришел Рапопорт, принес тридцать яиц из своего пайка и молча удалился. После чего Марецкая сказала: «И ты еще думаешь? Тот так и будет всю жизнь носить по два яйца всмятку, а этот отдаст все, что имеет». 

Вскоре Смирнова едва не погибла в Алма—Ате от тифа. А когда она выздоровела, Рапопорт окружил ее максимальным вниманием, часто вывозил в горы и признался в любви. Спустя много лет актриса вспоминала: «Столько человек за мной ухаживали, пытались добиться взаимности, и лишь один заботился, по—настоящему понимал, как я одинока, беззащитна, что родные далеко, муж погиб на фронте и на каждом шагу меня могут обидеть. Он просто приносил печеные яблоки, которые сам готовил на сухих листьях, заново учил ходить…»

И вскоре Лидия Смирнова вышла замуж за Владимира Рапопорта, с которым прожила до 1975 года, вплоть до его смерти. Смирнова вспоминала: «Я была очень влюбчивой и ужасной кокеткой, мою жизнь сопровождали бурные объяснения, романы и трагедии… Вот, например, одна такая история. Как—то во время гастролей в Тбилиси мы с Ликой Сухаревской обедали в ресторане, и тут вошел он: красавец грузин, глаза в пол—лица. «Не смей на него смотреть», — толкнула меня Лика, но… Короче говоря, роман состоялся. А я в роман всегда бросалась, как в омут, с головой. Когда он приезжал в Москву, готовила котлеты, заранее прятала сумку с едой на лестнице, говорила мужу: «Что—то голова болит, пойду, погуляю на воздухе», а сама бежала к любимому в гостиницу. Роман закончился после того, как я нанесла ответный визит в Тбилиси. Я должна была все время сидеть в номере и ждать, пока он закончит кутить с друзьями в ресторане и зайдет. Он устроил дикую сцену, когда однажды не застал меня на месте… Как сочетались мои романы с супружеской жизнью? Муж очень любил меня и поэтому, наверное, прощал мои шалости. А потом… я не знаю, как это объяснить. Почему—то мои романы кончались требованием выйти замуж. Я отвечала: «У меня уже есть муж». 

Военный период в творческой карьере актрисы был очень плодотворным. Тема испытаний, выпавших на женщин во время войны, невосполнимость утрат, женский героизм и стойкость в исполнении Смирновой были понятны всем советским зрителям. В 1941 году Смирнова снялась в картинах «Мы ждём вас с победой» и «Два друга». А в 1942 году ей досталась главная роль Вари в фильме «Парень из нашего города. В 1943 года она снялась еще в трех кинолентах — «Родные берега», «Пропавший без вести» и «Она защищает Родину». Еще один фильм, в котором Лидия Смирнова успела сняться во время войны в 1944 году, назывался «Морской батальон». 

После окончания войны Смирнова продолжала регулярно сниматься в кино в роли героических женщин, но наряду с этим ей не было чуждо амплуа характерной актрисы. Подтверждением чему были отрицательные роли в ее обширной фильмографии. В 1953 году она сыграла в фильме «Серебристая пыль» роль проститутки Флосси Бейт. 

В 1950 году на экраны страны вышел фильм «У них есть Родина», в котором Смирнова сыграла главную роль и получила за нее Сталинскую премию. Об этом событии актриса вспоминала: «Я страшно волновалась, поскольку должна была выступать с речью. Меня трясло, и все казалось чуть—чуть ирреальным. Гигантские столы уставлены яствами, в вазочках для варенья — черная икра. Когда подали чай, я вдруг, как во сне, увидела: колхозная ударница, которая сидит напротив, берет ложку икры, кладет в стакан, размешивает и пьет. Наконец меня объявляют, и, стоя в десяти шагах от Сталина, ничего не видя перед собой, я начинаю говорить о том, что я сирота... что только при советской власти... ну и так далее. Говорю и с ужасом понимаю, что никак не могу остановиться. Наконец из сумерек сознания выплывает фраза «И жизнь хороша, и жить хорошо». Странно, но она, как магический пароль, разрушила наваждение». Вскоре после этого Смирнова вступила в ряды КПСС. Она рассказывала: «В партию меня и Марка Бернеса уговорили вступить в Театре—студии киноактера. Нам сказали: у вас большие организаторские способности, много энергии, вы принесете пользу Родине. Мы, конечно же, возражать не стали. Правда, одна актриса написала в райком, что Смирновой в партию нельзя, она — морально неустойчива... А я потом стала секретарем парторганизации театра...» 

В 1953 году Лидия Смирнова познакомилась в Кисловодске с режиссером Михаилом Калатозовым и в очередной раз влюбилась. Калатозов предложил Смирновой сняться в главной роли в его картине «Верные друзья». Но через несколько дней после начала съемок Смирнова отказалась сниматься, и роль досталась Лилии Гриценко. Отказ Смирновой не сказался на ее отношениях с Калатозовым, и они продолжали встречаться. Калатозов настолько увлекся Лидией, что предлагал ей зарегистрировать их отношения и уехать в Грузию. Но в жизни актрисы появился еще один мужчина — режиссер Константин Воинов. В 1955 году он предложил Смирновой сыграть главную роль в его фильме «Сестры», и завязался новый роман, который продолжался почти 40 лет, что не помешало Лидии Смирновой начать еще один с режиссером Театра—студии киноактера Львом Рудником. По словам Смирновой, это был самый бурный из ее романов. Слухи о нем распространились далеко за пределами театра, и Комитет партийного контроля принял решение исключить Рудника из рядов КПСС за моральное разложение. 

Воинов дал возможность Смирновой попробовать себя в новом амплуа, и Лидия перешла на роли возрастных героинь. В своей книге актриса рассказывала: «Я очень любила Воинова… Но дома меня ждал муж (хотя мы и не были расписаны официально). Жить двойной жизнью было очень тяжело, и мы с Константином сняли комнату. Он пришел с двумя чемоданами, обливаясь слезами: ему было жалко бросать дочку и жену, актрису Ермоловского театра. А я предала его: сказала, что не могу к нему уйти, потому что мой муж был смертельно болен. Его положили в Онкологический центр, и там начали лечение. Анализы подтвердили страшный диагноз — рак желудка. Врачи хлопотали как могли, провели сеансы облучения, давали различные препараты и, в конце концов, выписали, сказав, что больше ничего сделать не могут». 

В 1964 году актриса снялась в роли свахи в «Женитьбе Бальзаминова» 

в 1964 году — в роли докторши в картине «Добро пожаловать, или Посторонним вход воспрещен» и позже — в роли продавщицы Дуськи в цикле фильмов про Анискина. Несмотря на успешную карьеру в период «малокартинья» в начале 1950—х годов, Лидия Смирнова хотела оставить профессию киноактрисы и пошла учиться на председателя колхоза. Но случиться такому повороту в ее жизни было не суждено. 

Диагноз Рапопорту был поставлен в 1962 году, и первоначально его лечили в институте имени Склифосовского, но там он лежал в палате вместе с еще семнадцатью больными. И тогда Смирнова обратилась за помощью к своим высокопоставленным коллегам, попросив их перевести мужа в другую больницу, но помощи не последовало. Она отправилась в ЦК КПСС. Но и там чиновники остались глухи к ее просьбам. Тогда Смирнова оставила свой партбилет на столе одного из руководящих работников ЦК. Этот поступок возымел действие, и ей пошли навстречу - Рапопорта перевели в больницу МК КПСС. Благодаря усилиям и заботе Смирновой ее муж прожил еще тринадцать лет и скончался 17 июня 1975 года. За год до своей смерти Раппорт сделал своей шестидесятилетней супруге подарок в виде роли во втором фильме о приключениях Анискина. Смертельно больной Рапопорт был режиссером этого фильма и пригласил свою супругу сняться в одной из ролей в картине. Смирнова рассказывала: «Владимир так любил и так берег меня всегда, что, когда уходил из жизни, страдал от того, что знал: мне будет трудно без него. Знал, потому что был для меня папой, мамой, бабушкой, дедушкой, ребенком — вообще всем на свете. Другое дело, что я доставляла ему много хлопот, беспокойств и поводов для ревности. Но, наверное, он выбирал, что ему нужнее — быть со мной и терпеть какие—то огорчения или потерять меня. Все кругом говорили, что он очень хороший человек, а я стерва, сволочь, что я его мучаю, а он такой святой. А насчет того, кому легче… Тому, кто любит и живет с любимым, или тому, кто разлюбил, а все равно живет? Он был уже очень болен, и я, конечно, не имела права его оставить. Это бы его просто убило». 

После смерти мужа Смирнова продолжала встречаться с Воиновым, однако вместе жить они не стали. В 1994 году они вместе снялись в картине Александра Александрова «Приют комедиантов». Это была последняя работа Воинова в кино, 30 октября 1995 года он скончался. 

Бурная личная жизнь не мешала творческой карьере актрисы, и она продолжала активно сниматься и в 1960—е, и в 1970—е годы. В 1981 году ее героиня экзаменовала Ирину Муравьеву в фильме «Карнавал». 

Смирнова — едва ли не единственная из советских кинозвезд, которая много снималась и в постсоветском кино. В 1990—е годы, спустя более чем пятьдесят лет после начала своей творческой карьеры, актриса снялась в пяти фильмах, а в 2000—е — еще в четырех. Смирнова в интервью рассказывала: «Как ни странно, моя любимая роль — Жучка в фильме «Сестры». Это моя первая характерная роль, этим она мне и дорога. А самая сложная — роль Москалевой в фильме «Дядюшкин сон» по роману Достоевского». 

Лидии Николаевне довелось работать во времена нескольких эпох отечественного кино. В разные периоды ее партнерами были замечательные актеры, среди которых Петр Алейников, Николай Крючков, Вера Марецкая и Михаил Жаров. 

Лидия Смирнова была актрисой, любимой несколькими поколениями российских зрителей. Олег Табаков в интервью рассказывал: «Я вспоминаю, какое впечатление она произвела в кинофильмах «Парень из нашего города» и «Моя любовь», когда говорили, что нет любви в Советском Союзе. А героини Лидии Смирновой и Валентины Серовой доказывали, что все нормально, что все у нас так, как во всем мире, а иногда даже прекраснее… Мне не приходилось напрямую сталкиваться на съемочной площадке с Лидией Смирновой, но даже ее последние работы чрезвычайно интересно рассказали о ней как об актрисе характерной, парадоксальной в своих проявлениях, особенно это выражалось в фильмах Константина Наумовича Воинова. Нет ее, и, как говорится, заменить ее некем». 

За годы своей творческой деятельности Лидия Смирнова сыграла более 70 ролей в кино и Театре—студии киноактера, а ее непрерывный кинематографический стаж составил более 60 лет. И даже в преклонном возрасте Лидия Николаевна была необычайно деятельной и активной. Она много ездила по стране, занималась общественной деятельностью, была членом Правления Союза кинематографистов России и академиком Национальной академии кинематографических искусств и наук России. Актриса Ирина Шевчук в интервью рассказывала о ней: «Мало кто из современных актрис мог соперничать со Смирновой в ее популярности среди самых широких кругов зрителей. В свое время Лидия Николаевна была так же любима народом, как, например, Любовь Орлова или Марина Ладынина… Она пользовалась уважением и признанием у своих коллег. Для меня Лидия Николаевна была любимым человеком, с которым я была очень дружна и многому научилась у нее». 

Лидия Смирнова была очень увлекающимся и отзывчивым человеком, и поэтому к ней часто обращались за помощью. Она очень любила показывать свою коллекцию кукол в национальных костюмах, которая занимала всю стену ее квартиры в высотном доме на Котельнической набережной. Еще она любила теннис, верховую езду и слалом на байдарках, слушала классическую музыку, балет. 

Лидия Смирнова написала очень откровенную книгу воспоминаний, которую назвала в честь фильма, в котором снялась в начале своей творческой карьеры — «Моя любовь», но ей совершенно была чужда ненужная самореклама, она обладала редким даром объективно оценивать себя, относится к себе с иронией и юмором. В интервью она рассказывала: «Знаете, как я поняла, что пришла моя старость? Однажды на банкете в Доме кино никто из мужчин не сел рядом со мной… Раньше такого никогда не было! Сильный пол всегда окружал меня вниманием. Многие женщины ненавидели меня за это. Хотя красивой я себя никогда не считала. У меня большой курносый нос, толстые губы. С помощью косметики эти недостатки скрывала. А сейчас… Старость — такая гадость! Даже ресницы не мажутся. А раньше я их до бровей «насандаливала»! Даже когда занималась слаломом или на байдарках ходила, в палатке умудрялась макияж делать. Мне казалось, что без косметики я на поросёнка похожа. Жалею, что не сделала подтяжку в своё время. Но у меня есть свой рецепт. Если предстоит выход в люди, заплетаю косички на висках и туго стягиваю назад, закрепляя на затылке. Сверху надеваю парик. Очень больно, конечно же. Но зато морщины на щеках чуть—чуть разглаживаются». 

Лидия Смирнова скончалась 25 июля 2007 года в Москве после продолжительной болезни. Она была похоронена на Введенском кладбище рядом с могилой мужа. 

Актриса Вера Глаголева, снявшаяся с Лидией Смирновой в фильме «Наследница», вспоминала: «Всегда очень грустно, когда уходят близкие. Главное, чтобы мы ее не забывали, помнили ее веселый, озорной дух, который был в ней до конца. Конечно, очень важно, чтобы новое поколение зрителей не забывало ее. Я Лидочку считала очень близким человеком, с которым мы много общались, очень ее любила. Она была, безусловно, неординарной личностью, жила очень иронично по отношению к себе и к другим людям и была удивительно своим человеком. Вместе с тем, она была очень одинока. Из родственников у нее была только племянница Марина, и мы пытались как—то ее поддержать, скрасить одиночество. Все-таки 92 года: наверное, этот возраст был в тяжесть ей самой. Лида и сама говорила, что устала».