Людмила Ивановна Касаткина родилась 15 мая 1925 г. в селе Володарское, Вяземского уезда, Смоленской губернии.

Заслуженная артистка РСФСР (1956).
Народная артистка РСФСР (1964).
Народная артистка СССР (1975).
Заслуженный деятель культуры ПНР (1975).

Училась в Московской оперной студии им. Шацкого на хореографическом отделении. 
С одиннадцати лет начала выходить на балетную сцену в детских ролях. В студии проучилась четыре года, но по настоянию врачей балет пришлось оставить. 
В 1943 году подала документы на актерский факультет ГИТИСа. 
А в 1947 году окончила Государственный институт театрального искусства имени А. В. Луначарского (класс И. М. Раевского и Г. Г. Конского).
В том же году была принята в труппу Центрального Театра Советской Армии (с 1991 года — Российской), где и работала до конца своих дней.

В кино дебютировала в 1954 году в фильме «Укротительница тигров». Снималась много, но свои лучшие роли актриса сыграла в фильмах своего мужа Сергея Колосова.

Занималась преподавательской деятельностью в ГИТИСе, выступала на творческих вечерах, встречах со зрителями. 

Сын Людмилы Ивановны и Сергея Николаевича, Алексей Колосов, известный джазмен, закончил факультет журналистики, отделение радио и телевидения. Его передачи о джазе много лет идут на Русском радио.

Людмила Ивановна Касаткина ушла из жизни после длительной болезни в Москве 22 февраля 2012 года на 87-м году жизни, через 11 дней после смерти мужа.