Актриса, режиссёр, одна из инициаторов создания Московского театра "Современник". Народная артистка РСФСР (1981).
Окончила в 1950 г. Школу-студию МХАТ. В 1955-1956 г. актриса Театра им. Моссовета. С 1956 г. - в театре "Современник". За годы творческой жизни сыграла более чем в 30 спектаклях. В 1970-х г. обратилась к режиссуре, поставила спектакли "Фантазии Фарятьева" (1977), "Генрих IV" (1978), "Все кончено" (1980).
Снималась в фильмах: "Жизнь прошла мимо" (1958) - Нина;
"Шумный день" (1960) - Леночка;
"Строится мост" (1965) - Валентина Александровна;
"Следствие ведут Знатоки" (Дело N14, "Подпасок с огурцом", 1979) - Муза Боборыкина; и др. Имеет государственные награды.
Скончалась Л.М. Толмачёва 25 августа 2013 года, похоронена в Москве на Ваганьковском кладбище (36 уч.).