Людмила Ивановна Хитяева родилась 15 августа 1930 года в городе Горьком (ныне Нижний Новгород).
В 1948 году она поступила в Горьковское театральное училище, после окончания которого в 1952 году была зачислена в труппу Горьковского театра драмы им. М. Горького, где проработала девять лет. Она играла в спектаклях "Учитель танцев" Лопе де Вега (Лисена), "Егор Булычов и другие" Максима Горького (Шурка), "В добрый час!" Виктора Розова (Галя) и других.
Актрису заметил известный писатель Анатолий Рыбаков и рекомендовал режиссеру Киностудии имени Горького Исидору Анненскому, искавшему исполнительницу на главную роль в своем фильме "Екатерина Воронина". После кинопроб Хитяева была утверждена на роль инженера порта Екатерины Ворониной. Так, в 1957 году состоялся дебют Людмилы Хитяевой в кинематографе.
В 1958 году на экраны страны вышел фильм Сергея Герасимова "Тихий Дон" по роману Михаила Шолохова, в котором она сыграла роль Дарьи Мелеховой, а в 1960-1961 годах — еще одна экранизация шолоховской прозы — трехсерийный фильм Александра Иванова "Поднятая целина", где Хитяева сыграла роль Лушки.
После этих картин Хитяева стала одной из самых знаменитых и популярных актрис советского кино.
Огромным успехом пользовался фильм "Евдокия" (1961) режиссера Татьяны Лиозновой, снятый по сценарию писательницы Веры Пановой. В этом киноромане актриса сыграла главную роль.
С 1962 года Хитяева работала на Киностудии имени М. Горького.
Она снялась в фильмах "Кочубей" (1958), "Все начинается с дороги"(1960), "Ночь перед Рождеством" (1962), "Понедельник — день тяжелый" (1963), "Секретарь обкома" (1963), "Москва — Генуя" (1964), "Стряпуха" (1966), "Два года над пропастью" (1967), "Карантин" (1968), "Сыны Отечества" (1969), "Приваловские миллионы" (1973), "Человек в штатском" (1973), "Отец и сын" (1979), "Василий Буслаев" (1982), "Влюбленный манекен" (1991), "Бравые парни" (1993), "Покаянная любовь" (2005) и др.
В 1980-1990-е годы актриса активно занималась концертной деятельностью.
В 1983 году Людмиле Хитяевой было присвоено почетное звание народной артистки РСФСР.
В 2002 году она была награждена орденом Почета.
Актриса дважды официально выходила замуж. Последний гражданский брак стал самым долгим — 20 лет (1975-1996).
У Людмилы Хитяевой есть сын Павел.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников