Родилась 6 января 1938 года в Артёмовске, Донецкая область, Украинская ССР. В 1954 году окончила среднюю школу во Львове.
В 1955 году поступила на режиссёрский факультет ВГИКа (мастерская А.П. Довженко, после его смерти в 1956 году — М.Э. Чиаурели), который окончила в 1963 году.
Ещё в студенческие годы она снялась в нескольких фильмах в качестве актрисы, в том числе в "Поэме о море" (1958), начатой А.П. Довженко и завершённой его супругой, Юлией Солнцевой. С 1961 года — режиссёр киностудии «Киргизфильм». С 1964 года — режиссёр киностудии «Мосфильм».

Лариса Шепитько стала классиком мирового кинематографа. Её жизнь была трагически короткой, но полной творческих открытий и достижений на мировом уровне. Она родилась в Артёмовске, училась и начала свою кинематографическую карьеру в Украине. Считала свою родину неисчерпаемым источником внутренней силы и вдоховения. 

Лариса Шепитько получила главные призы на фестивалях в Берлине и Венеции, она пользовалась огромным уважением среди людей мира искусства. Открыла много актёров, которые стали знаменитыми, сняла несколько фильмов, включая "Зной", "Ты и я", "Крылья", "Родина электричества", "Восхождение". Вместе с Александром Довженко Лариса работала над созданием фильма "Поэма о море". Большую часть своей жизни она провела в Москве, учась, а затем и работая. 

Лариса была мистиком — верила, что жила уже несколько раз. В 1978 году, будучи в Болгарии, посетила знаменитую Вангу, предсказавшую ей скорую смерть. Услышав это, Лариса в тот же день вместе с подругой пошла в храм и взяла с неё клятву, что если она умрёт, то подруга будет заботиться об её сыне Антоне.

После этого режиссёр готовит сценарий фильма "Матёра" по повести Валентина Распутина «Прощание с Матёрой». Съёмки должны были проходить на озере Селигер, и в начале июня 1979 года туда была запланирована киноэкспедиция.

Ранним утром 2 июля 1979 года Лариса Шепитько трагически погибла в автомобильной катастрофе с частью съёмочной группы у посёлка Редкино в Калининской области. «Волга»-пикап, в которой находилась киносъёмочная на пустынном шоссе по неустановленной причине вышла на полосу встречного движения и врезалась в мчавшийся навстречу грузовик. Так на 137-м километре Ленинградского шоссе в сторону Калинина, близ посёлка Редкино, оборвалась жизнь Ларисы Шепитько и членов съёмочной группы (в машине находились также оператор Владимир Чухнов, художник Юрий Фоменко и их ассистенты).

Похоронена в Москве на 10-м участке Кунцевского кладбища.

Работу над фильмом "Матёра" завершил муж Ларисы Шепитько, кинорежиссёр Элем Климов (1933-2003), назвавший картину "Прощание" (1982). Он также снял о ней документальный фильм "Лариса" (1980), смонтированный из фрагментов её фильмов и интервью с её коллегами.