Ludmila Markovna dzimusi Ukrainas pilsētā Harkovā, kur pabeidza vidusskolu. Pēc tās viņa iestājās Vissavienības valsts kinematogrāfijas institūtā Maskavā, ko absolvēja 1958. gadā.
Kino Gurčenko debitēja 1956. gadā režisora Jana Frīda filmā Patiesības ceļš, un tajā pašā gadā arī guva vissavienības slavu, nospēlēdama galveno lomu Eldara Rjazanova filmā Karnevāla nakts (1956).
Aktrise piedalījusies vairāk nekā 90 filmās, tostarp Meitene ar ģitāru (1957), Balzaminova precības (1964), Krievijas impērijas kronis (1971), Salmu cepurīte (1975), Debesu lakstīgalas (1976), Divdesmit dienas bez kara (1976), Sibiriāde (1978), Māmiņa (1979), Ideāls vīrs (1980), Mehāniķa Gavrilova mīļotā sieviete (1981), Stacija diviem (1982), Lidojums sapnī un īstenībā (1983), Mīlestība un baloži (1984), Vecās grošas (2000), Divpadsmit krēsli (2005) un citās.
Gurčenko spēlēja arī teātrī; viņa bija pazīstama arī kā dziedātāja ar visai specifisku un labi atpazīstamu balss tembru.
Aktrises pirmais vīrs bija scenārists un vēsturnieks Boriss Andronikašvili, viņiem ir meita. Pēc tam Gurčenko bija precējusies ar aktieri Aleksandru Fadejevu, dziedātāju Josifu Kobzonu un mūziķi Konstantīnu Kuperveisu. Pēdējais Gurčenko vīrs bija kino producents Sergejs Seņins, ar kuru viņa bija laulībā līdz savai nāvei.
Šī gada 14. februārī Gurčenko pie savas mājas paslīdēja un salauza gūžas kaulu. Viņa tika aizvesta uz slimnīcu, operēta, bet izrakstīta tikai pēc trim nedēļām. 30. martā aktrises veselības stāvoklis pasliktinājās, ko izraisīja pēcoperācijas komplikācijas un sirdslēkme. Ātrās palīdzības brigāde pie aktrises ieradās 21 minūtes laikā pēc izsaukuma, tomēr reanimēt viņu mediķiem neizdevās. Gurčenko nāve fiksēta plkst. 19:28.
Atvadīšanās no tautas mākslinieces notiks 2. aprīlī.