Родилась 10 сентября 1955 г. в Баку (Азербайджанская ССР, ныне Азербайджанская Республика). Ее отец, Александр Кудельман, работал строителем. Мать, Галина Долина, была секретарем-машинисткой. При рождении будущая певица носила фамилию Кудельман.
В детстве проживала с семьей в Одессе (Украинская ССР). С шести лет занималась музыкой, играла на фортепиано, училась вокалу. В 1970 г. окончила музыкальную школу по классу виолончели. В дальнейшем, в 1984 г., получила диплом эстрадного отделения Московского музыкального училища им. Гнесиных.
Начала профессиональную музыкальную деятельность в 1971 г. в одесском эстрадном оркестре "Мы - одесситы" в качестве солистки вокального секстета "Волна". Тогда же взяла девичью фамилию матери.
Лариса Долина стала известной в Одессе певицей, выступая в ресторане местной гостиницы "Черное море".
В дальнейшем в 1970-х гг. она была вокалисткой в ереванском вокально-инструментальном ансамбле "Армина", Государственном эстрадном оркестре Армянской ССР под управлением Константина Орбеляна, Государственном эстрадном ансамбле Азербайджанской ССР под управлением Полада Бюльбюль оглы.
В 1978 г. Лариса Долина заняла второе место на Всероссийском конкурсе исполнителей советской песни в Сочи (Краснодарский край). После этого перешла на работу в московский эстрадно-джазовый оркестр "Современник" под управлением Анатолия Кролла. Сотрудничала с этим коллективом на протяжении пяти лет, с 1981 г. выступала с программой "Антология джазового вокала".
В 1984 г. исполнила партию Мефистофеля в кантате Альфреда Шнитке "История доктора Иоганна Фауста", представленной на сцене Ленинградской капеллы (ныне Государственная академическая капелла Санкт-Петербурга). В дальнейшем, в 1988 г., спела несколько партий в рок-опере Лоры Квинт "Джордано" (премьера прошла в московском Государственном центральном концертном зале "Россия").
В 1985 г. Лариса Долина начала сольную карьеру. Выступала с сольными концертными программами в разных городах СССР, а затем и России. Среди наиболее известных - "Контрасты", "Льдинка", "Маленькая женщина", "Погода в доме", "Карнавал джаза". Певица записала более 15 студийных альбомов.
В 2010-х гг. Лариса Долина участвовала в мюзикле Максима Дунаевского "Любовь и шпионаж", в также в российской версии мюзикла "Чикаго".
С 2020 г. сотрудничает с Театром на Таганке (Москва), играет Миссис Ловетт в иммерсивном мюзикле "Суини Тодд, маньяк-цирюльник с Флит-стрит" и Марселину в спектакле "Фигаро" по мотивам пьесы Бомарше "Безумный день, или Женитьба Фигаро".
В 1983 г. Лариса Долина исполнила роль певицы Клементины Фернандес в фильме Карена Шахназарова "Мы из джаза". В дальнейшем она снималась в кинокартинах "Сувенир для прокурора" (1989, режиссер Александр Косарев), "С Новым годом! С новым счастьем!" (2003, Игорь Коробейников), "Любовь и Сакс" (2017, Алла Сурикова) и др. Вокал Долиной звучит в нескольких десятках фильмов, среди которых "Обыкновенное чудо" (1978, Марк Захаров), "Чародеи" (1982, Константин Бромберг), "Зимний вечер в Гаграх" (1985, Карен Шахназаров), "Человек с бульвара Капуцинов" (1987, Алла Сурикова).
Победительница музыкальных проектов Первого канала "Две звезды" (2006), "Универсальный артист" (2013), "Три аккорда" (2023).
С 2016 г. Лариса Долина заведует кафедрой эстрадно-джазового искусства Московского государственного института культуры. Является профессором вуза, входит в состав его ученого совета.
В 2022 г. в Москве начала работу Музыкальная академия Ларисы Долиной. Эта организация занимается обучением и продюсированием молодых вокалистов, а также развитием сообщества музыкальных педагогов.
В 2002-2012 гг. Лариса Долина была членом Совета при президенте РФ по культуре и искусству.
В 2024 г. являлась доверенным лицом кандидата на пост президента РФ Владимира Путина.
Народная артистка России (1998).
Награждена орденами Почета (2005), Дружбы (2018), "За заслуги перед Отечеством" IV степени (2025).
Многократный лауреат музыкальной премии "Золотой граммофон".
Ее жизни и творчеству посвящен документальный фильм "Лариса Долина. Мне надоело быть железной" (2010, режиссер Расим Полоскин).