Народилась у родині вчителів.
У 1936р. родина перебралась із Ржищева до Києва. Із 1937р. по 1941р. навчалася у школі № 100. Після закінчення середньої школи навчалася в Київському педагогічному інституті, а згодом — у Московському літературному інституті імені О. М. Горького, який закінчила в 1956р.
Була однією з перших і найпримітніших у плеяді молодих українських поетів, що виступили на межі 1950—1960-х років. Період так званих «шістдесятників» створив новітні стилі в українській літературі, змусив творити щось нове, атипове, щось авангардне, але, як і завше, безжальне та максимально критичне щодо влади та тодішнього режиму. У радянські часи брала активну участь у дисидентському русі, за що була надовго виключена з літературного процесу.
За час вимушеного мовчання поетеса не сиділа склавши руки та створила свої найкращі твори: і "Берестечко", і "Маруся Чурай", і поезії, що згодом ввійшли до збірок "Над берегами вічної ріки" та "Неповторність". Повернутися до читачів Костенко змогла лише у 1977р. Тоді опублікували збірку її віршів "Над берегами вічної ріки", а 1979р. — історичний роман у віршах "Маруся Чурай", який чекав свого виходу 6 років. За нього поетеса отримала Державну премію імені Тараса Шевченка.
Після книги італійською "Інкрустації" (1994р.) та "Берестачка" (1999р.) Ліна Костенко знову взяла паузу. На 10 років вона вже за власним бажанням зникла з публічного простору України. Вона відмовилася від звання Героя України, а до громадського життя на деякий час повернулася лише в період Помаранчевої революції.
А от літературне повернення Ліни Костенко відбулося у 2010р.: письменниця видала свій перший прозовий твір "Записки українського самашедшого", що викликав великий ажіотаж.
Крайня книги Ліни Костенко з'явилася в лютому 2011р. – до поетичної збірки "Річка Геракліта" ввійшли раніше написані вірші та 50 нових поезій. Відтоді письменниця знову замовкла, хоча й зізнавалася, що практично написала роман-продовження "Записок" від імені жінки. Поки що невідомо, коли чекати нових творів письменниці.