Лидия Владимировна Литвяк родилась 18 августа 1921 года в Москве. Окончила среднюю школу. В 1935 году поступила в Кировский аэроклуб. По окончании Херсонской авиационной школы лётчиков-инструкторов работала в Калининском аэроклубе. Вскоре стала одним из лучших инструкторов. К началу Великой Отечественной войны подготовила 45 пилотов.

10 октября 1941 года добровольно вступила в ряды Красной Армии. С апреля 1942 года - летчик 586-го Истребительного Авиационного Полка (144-я Истребительная Авиационная Дивизия, Саратовско-Балашовский дивизионный район ПВО).

С 10 сентября 1942 года переведена в 437-й Истребительный Авиаполк (287-я иад, 8-я Воздушная Армия, Юго-Восточный фронт). Освоила истребитель Ла-5. Воевала в Сталинграде. В том же месяце зачислена командиром звена в 437-й истребительный авиационный полк (287-я истребительная авиационная дивизия, 8-я Воздушная армия, Сталинградский фронт).

10 октября 1942 года направлена в состав 9-го Гвардейского Одесского истребительного авиационного полка (к тому времени имела на счету 1 личную и 2 групповые победы). 8 января 1943 года переведена в 296-й истребительный авиационный полк (21 марта 1943 года преобразован в 73-й Гвардейский ИАП). В феврале одержала ещё одну личную победу и вскоре награждена орденом Красной Звезды.

22 марта 1943 года участвовала в перехвате группы бомбардировщиков Ю-88 и сбила один "Юнкерс". В этом же бою получила осколочное ранение в ногу. После лечения вернулась полк. 5 мая, ещё не совсем окрепнув, вылетела на сопровождение группы бомбардировщиков. В завязавшемся воздушном бою сбила истребитель Ме-109. 31 мая уничтожила аэростат-корректировщик артиллерийского огня. За эту победу (и 4 лично сбитых самолёта противника) награждена орденом Красного Знамени. 16 июля снова ранена осколками в ногу и плечо. К концу июля 1943 года одержала ещё 2 победы (1 лично и 1 в группе).

В конце июля - начале августа 1943 шли тяжёлые бои по прорыву немецкой обороны на рубеже реки Миус, закрывавшем дорогу на Донбасс. Бои на земле сопровождались упорной борьбой за превосходство в воздухе.

1 августа 1943 года командир звена 3-й эскадрильи 73-го Гвардейского Сталинградского истребительного авиационного полка (6-я Гвардейская Донская истребительная авиационная дивизия, 8-я Воздушная армия, Южный фронт) Гвардии младший лейтенант Л. В. Литвяк не вернулась с боевого задания, совершив 4 боевых вылета. К тому времени она совершила 138 боевых вылетов, в воздушных боях сбила лично 5 и в составе группы 3 самолёта противника, уничтожила 1 аэростат-корректировщик (по материалам последнего наградного листа - выполнила 150 боевых вылетов, сбила 6 самолётов лично и 6 в группе, ещё 2 подбила; оперативными документами это всё не подтверждается).

За свои подвиги была представлена командованием полка к званию Героя Советского Союза посмертно. Поскольку точных данных о её гибели ещё не было (ходили слухи, что она находится в плену), командование дивизии не утвердило это представление, ограничившись орденом Отечественной войны 1-й степени (по другой версии, к званию Героя Советского Союза не могли быть представлены лица, пропавшие без вести).

В послевоенные годы однополчане продолжали вести поиски пропавшей лётчицы. Найти удалось случайно в братской могиле в селе Дмитровка Шахтерского района Донецкой области (ныне ДНР). Её останки были обнаружены местными мальчишками у хутора Кожевня и захоронены 29 июля 1969 г. в братскую могилу с. Дмитровка как «неизвестная летчица». В 1971 году в ходе поисковых работ, проводимых поисковым отрядом 1-й школы г. Красный Луч, установлено имя, увековеченное на месте захоронения в июле 1988 г. В ноябре того же года приказом заместителя министра обороны СССР внесено изменение в пункт 22-й приказа Главного управления кадров от 16 сентября 1943 г. в отношении судьбы Литвяк: «Пропала без вести 1 августа 1943 г. Следует читать: погибла при выполнении боевого задания 1 августа 1943 г.»

Указом Президента СССР от 5 мая 1990 года Гвардии младший лейтенант Литвяк Лидия Владимировна посмертно удостоена звания Героя Советского Союза. Орден Ленина № 460056 и медаль "Золотая Звезда" № 11616 переданы на хранение родственникам погибшей Героини.

Награждена орденами: Ленина (05.05.1990, посмертно), Красного Знамени (22.07.1943), Отечественной войны 1-й степени (10.09.1943, посмертно), Красной Звезды (17.02.1943); медалью "За оборону Сталинграда" (1943).

Место службы: Дата призыва: 10.10.1941. С апреля 1942 года - летчик 586-го Истребительного Авиационного Полка (144-я Истребительная Авиационная Дивизия, Саратовско-Балашовский дивизионный район ПВО). С 10 сентября 1942 г. переведена в 437-й Истребительный Авиаполк (287-я иад, 8-я Воздушная Армия, Юго-Восточный фронт), в том же месяце зачислена командиром звена в 437-й истребительный авиационный полк (287-я истребительная авиационная дивизия, 8-я Воздушная армия, Сталинградский фронт). 10 октября 1942 года направлена в состав 9-го Гвардейского Одесского истребительного авиационного полка. 8 января 1943 года переведена в 296-й истребительный авиационный полк (21 марта 1943 года преобразован в 73-й Гвардейский ИАП). С мая 1943 года командир звена 3-й эскадрильи 73-го Гвардейского Сталинградского истребительного авиационного полка (6-я Гвардейская Донская истребительная авиационная дивизия, 8-я Воздушная армия, Южный фронт).

Всего сбитых самолётов - 5 + 3 (ещё 1 аэростат); боевых вылетов - 138.