Lydia sündis esiklapsena Vändra kiriku köstri ja kooliõpetaja Johann Voldemar Jannseni peres. 1850 aprillis kolis pere Pärnusse, kus isa sai kooliõpetaja koha valmivas Ülejõe vallakoolis. 1854.aastani oli Lydia koduõppel, 10-aastaselt alustas ta õpinguid Pärnu Linna Kõrgemas Tütarlastekoolis, mille lõpetas 1861 detsembris. Juba kooli ajal abistas ta isa ajalehetöös – aastal 1857 alustas ilmumist Jannseni toimetatud nädalaleht Perno Postimees. 1862 sügisel sooritas Lydia Tartu Ülikooli juures koduõpetaja eksamid, kuid sellel alal ta tööle ei hakanud. 1863 detsembris kolis pere Pärnust Tartusse. Tartus elades võttis Lydia osa tärkavast eesti vaimuelust ning väljendas loomingus ärkamisaja aateid. Lydia töötas kuni abiellumiseni isa ajalehe toimetuses, lugusid tõlkides ja kirjutades, lehe ilukirjanduslikku lisa "Jututuba" koostades, tellimustega tegeledes jms. Lydia kirjutised ilmusid lehes esialgu anonüümselt või isa nime all. 1867. aastal algas Lydia kirjavahetus Friedrich Reinhold Kreutzwaldiga.

21. novembril 1871 tehti avalikkusele teatavaks Lydia ja Tartu Ülikooli arstiteaduskonna läti rahvusest üliõpilase Eduard Michelsoni kihlus. 19. veebruaril 1873 nad abiellusid ning asusid elama Kroonlinna. Kroonlinnas elades jäi Lydia eemale oma sõprus- ja suhtlusringkonnast ning rahvuslikust liikumisest – see muserdas teda väga. Aastal 1874 sündis Lydial esimene laps – Hans Voldemar, kaks aastat hiljem sünnitas Lydia tütre, kellele pandi nimeks Hedvig. 1876. aastal sõitis Lydia koos abikaasa ja pojaga ligi kaheks aastaks Saksamaale ja Austriasse, kuna Eduard sai õppestipendiumi. Noorim laps jäi Tartusse vanavanemate ja lapsehoidja hoolde. 1878. aastal tuli Viinis ilmale tütar Anna. Lydia naasis lastega Tartusse, suvel nakatus poeg Hans nakkushaigusse ja suri 4-aastaselt. 1884 veebruaris sündis Lydial poeg Max, kes suri mõne päeva vanuselt. 1885. aasta suvel kosutas Lydia koos tütardega tervist Kuressaare mudaravilas.

Lydia Koidula suri 1886. aastal rinnavähki ning maeti Kroonlinna. Aastal 1946 toodi tema põrm Tallinna ja sängitati Metsakalmistule. Luuletaja mehe ja tema noorelt surnud lapse kirstud jäid aga perekonna hauaplatsile Kroonlinna kalmistul.

Koidula oli oma aja luule suurkuju, romantiline isamaalaulik. Tema varasem looming koosnes põhiliselt tõlgetest-mugandustest saksakeelsetest kirjatöödest. 1861 ilmus Perno Postimehes Lydia trükidebüüt – tõlgitud lugu "Kivirist". 1863 ilmus eraldi raamatukesena "Ojamölder ja tema minia". Selle kaanel oli ka tema nimi: Lydia Jannsen. Teos oli vaba mugandus saksa kirjaniku L. Würdigi jutust "Auf der Grabenmühle oder Geld und Herz". 1865 ilmus Lydia teine raamat (seekord isa nime all), taas mugandus (saksa kirjaniku W.O.v.Horni teose "Huaskar" aineil) – "Peru oma viimane Inka". Lydia luuledebüüt ilmus 28. juulil 1865 Eesti Postimehes – luuletus "Koddo" ilmus nimemärgi "L" all. 1866 märtsis ilmus anonüümselt õhuke luulekogu "Vainulilled" ("Waino-Lilled", 32 luuletust, inspireeritud saksa luulest). Peagi lisandus teine luulekogu, "Emajõe ööbik" ("Emmajöe Öpik" 1867). Sellest sattus vaimustusse Carl Robert Jakobson, kes soovis kogumikust lisada luuletusi oma värskeltilmuvasse "Kooli lugemise raamatusse" ning andis anonüümsele autorile kirjanikunime L.KOIDULA. Selle raamatu kaudu said Koidula luuletused rahva seas üldtuntuks ja armastatuks. Edaspidi ilmusid tema luuletused Eesti Postimehes lühendallkirjaga L.K..d.la

1868 ilmus Eesti Postimehe "Jututoas" Lydia esimene pikem algupärane proosatöö "Ainuke".

Koidula luule Tartu-aastate paremik ilmus väljaandes "Eesti Postimehe Kalender ehk aastaraamat 1871. aasta peale".

Vanemuise seltsis oma näidendeid (1870 "Saaremaa onupoeg", 1871 "Säärane mulk") lavastades pani ta aluse eesti teatrile.

Oma loominguperioodi vältel kirjutas ta 4 näidendit, 7 artiklit, 86 proosatööd ja üle 300 luuletuse.