Родилась 10 сентября 1955 г. в Баку. Ее отец работал строителем, мать - секретарем-машинисткой.
При рождении носила фамилию Кудельман. Долина - девичья фамилия матери, ее певица взяла в начале своей карьеры в 1970-х гг.
Когда Ларисе было два года, ее семья переехала в Одессу. Занималась музыкой с семи лет, играла на фортепиано, училась вокалу. Окончила музыкальную школу по классу виолончели.
Начала профессиональную музыкальную деятельность в 1971 г. в одесском эстрадном оркестре "Мы - одесситы" в качестве солистки вокального секстета "Волна". Стала известной в городе певицей, выступая в ресторане гостиницы "Черное море". В 1970-х гг. была вокалисткой в ереванском ВИА "Армина", Государственном эстрадном оркестре Армении под управлением Константина Орбеляна, Государственном эстрадном ансамбле Азербайджана под управлением Полада Бюльбюль-оглы.
В 1978 г. Лариса Долина заняла 2-е место на Втором всероссийском конкурсе исполнителей советской песни в Сочи. После этого певицу пригласил работать в московском оркестре "Современник" Анатолий Кролл. В этом оркестре Долина проработала пять лет, с 1981 г. выступала с программой "Антология джазового вокала".
В 1983 г. дебютировала в кино, сыграв певицу Клементину Фернандес в фильме Карена Шахназарова "Мы из джаза". В 1984 г. исполнила одну из главных партий в кантате Альфреда Шнитке "История доктора Иоганна Фауста".
С 1985 г. начала сольную карьеру. В 1986 г. Лариса Долина создала собственный музыкальный коллектив "Эскорт". В 1988 г. исполнила главные женские роли в рок-опере "Джордано" на музыку Лоры Квинт. С середины 1980-х гг. гастролировала по СССР, а затем и России, с сольными концертными программами. Среди наиболее известных - "Затяжной прыжок", "Контрасты", "Льдинка", "Маленькая женщина", "Я не нравлюсь себе", "Погода в доме", "Оттепель", "Сны экстраверта". Записала более 20 студийных альбомов.
В 2010 г. состоялась премьера мюзикла Максима Дунаевского "Любовь и шпионаж", в котором Долина исполнила главную роль. В 2013 г. сыграла Мортон в российской версии мюзикла "Чикаго".
Лариса Долина снялась в картинах "Новейшие приключения Буратино" (1997), "Золушка" (2002), "С Новым годом! С новым счастьем!" (2003), трех сериях телефильма "Старые песни о главном" (1995-1997). Вокал Долиной звучит в почти 80 мультфильмах и художественных фильмах, среди которых "Обыкновенное чудо" (1978), "31 июня" (1978), "Чародеи" (1982), "Человек с бульвара Капуцинов" (1987) и др.
С 2016 г. заведует кафедрой эстрадно-джазового пения Московского государственного института культуры.
Победительница телевизионных проектов Первого канала "Две звезды" (2006), "Универсальный артист" (2013).
В декабре 2023 г. была зарегистрирована в качестве доверенного лица кандидата на пост главы государства Владимира Путина (президентские выборы пройдут в РФ в марте 2024 г.).
Народная артистка России (1998). Награждена орденами Почета (2005) и Дружбы (2018).
Лауреат ряда фестивалей, обладательница премий "Овация" (1994, 1996, 1997), "Золотой граммофон" (1997, 2005) и др.
Была замужем три раза. Первый супруг - Анатолий Миончинский (род. 1946), джазовый музыкант, работал в оркестре "Современник". Дочь от первого брака Ангелина (род. 1983). Второй муж - Виктор Митязов (род. 1961), музыкант, продюсер. Третий супруг - Илья Спицын (род. 1968), музыкант, продюсер, после развода в 2018 г. остается директором Ларисы Долиной.