Народилася Людмила Старицька 17 серпня (29 серпня за новим стилем) 1868 року в Києві в сім'ї відомого письменника, драматурга і громадського діяча Михайла Петровича Старицького та Софії Віталіївни Старицької — рідної сестри композитора Миколи Лисенка. Чоловік — Олександр Черняхівський.
Про дитячі роки письменниця писала:
"Наше покоління — виключне покоління: ми були першими українськими дітьми. Не тими дітьми, що виростають в селі, в рідній сфері стихійними українцями, — ми були дітьми городянськими, яких батьки виховували вперше серед ворожих обставин свідомими українцями із сповитку".
Навчалася в київській приватній гімназії Віри Миколаївни Ващенко-Захарченко. Гімназистки видавали рукописний журнал, до якого Людмила Старицька написала повість «За Україну» та сатиричні вірші про директрису та її чоловіка.
У 1888—1893 роках брала активну участь у роботі літературного гуртка «Плеяда».
У роки Першої світової війни брала активну участь у роботі Київського комітету для допомоги українцям-утікачам, працювала сестрою милосердя у шпиталі для поранених. Відвідала на засланні Михайла Грушевського.
У квітні 1917 року Старицьку обрали до Української Центральної Ради.
У травні 1917 року брала участь у заснуванні Товариства (комітету) «Український національний театр», входила до його президії.
Як представниця Міністерства освіти 22 жовтня 1918 року виступила з промовою на урочистому відкритті Кам'янець-Подільського державного українського університету [1].
1919 року стала співзасновницею і заступницею голови Національної ради Українських жінок у Кам'янці-Подільському.
У 1920-тих роках працювала у ВУАН. Письменницю заарештовано 14 січня 1930 року і звинувачено в приналежності до так званої Спілки визволення України (СВУ). Допити велися у в'язниці на Холодній Горі в Харкові.
Ось кілька витягів з власноручних свідчень Старицької-Черняхівської, датованих 27 січня 1930 року:
«…На засіданні виступали з промовами Єфремов — він казав про загальну організацію українських суголосних сил і про організацію суголосних елементів селянства. Чехівський казав про політичне значення Української церкви, Гермайзе — про залучення до організації пролетаріату, Дурдуківський — про об'єднання учительства, розуміється, з відомою, вгорі зазначеною метою, я казала про роль інтелігенції і про необхідність поставити її на чолі організації. Але на цьому зібранні я не чула ні слова про організацію БУД і про назву СВУ, що нею було охрещено нову організацію.
…З цього часу, себто з часу цих двох зібрань, організаційного зв'язку межи мною і рештою членів, обраних на першому засіданні, не було. Я стрічалася з ними яко з своїми добрими приятелями і на вечірках у себе, і в родині Єфремова, а не яко з членами організації, ні про які директиви я нічого не чула, в жодних організаційних зібраннях участи не приймала.
…Отже, тому що Україна, пригнічена 250-літнім пануванням російського царату, не надбала потрібних культурних вартостей, першим завданням, на мою думку, була й буде культурна праця. Особисто ж до мене я вважаю за краще в міру сил моїх і можливостей працювати на придбання Україні культурних вартостей, ніж бути статистом в непевній політичній організації».
Згідно з вироком особливого складу Верховного Суду УСРР від 19 квітня 1930 року, Старицьку-Черняхівську звинувачено в тому, що вона:
«а) у період 1926—1929 років була членом центру СВУ і провадила керівну організаційну діяльність, згідно з програмою і завданням організації; б) здійснювала зв'язок центру СВУ з представниками деяких чужоземних капіталістичних держав…»
Людмила Старицька-Черняхівська, останні роки.
Письменницю засуджено до 5 років позбавлення волі з обмеженням у правах на 3 роки.
4 червня 1930 року Старицьку-Черняхівську звільнено з-під варти і строк замінено на умовний.
Після звільнення вислана до міста Сталіно (нині Донецьк). Займалась перекладацькою діяльністю.
У 1936—1941 роках жила у Києві.
20 липня 1941 року, коли під стінами Києва точилися бої з німцями, на квартирі в Людмили Михайлівни співробітники НКВС провели обшук, конфіскували паспорт і теку з листуванням. Разом із сестрою Оксаною Михайлівною Стешенко Старицьку-Черняхівську вивезли вантажівкою до Харкова. Тут її звинуватили в антирадянській діяльності та вивезли під конвоєм у телячому вагоні до Казахстану. Проте в дорозі 73-літня письменниця померла. Точна дата її смерті і місце поховання невідомі.
У серпні 1989 року Людмила Михайлівна разом з іншими учасниками «показового процесу СВУ» в Харкові посмертно реабілітована пленумом Верховного Суду УРСР.