Родилась 4 марта 1939 г. в Ленинграде (ныне - Санкт-Петербург). Отец - Анатолий Иванович Лужин, моряк и штурман дальнего плавания, после начала блокады Ленинграда был ополченцем. Скончался в начале 1942 г. от полученного ранения и истощения. После прорыва блокады в январе 1944 г. Лариса вместе с матерью Евгенией Адольфовной (в девичестве - Трейер) была эвакуирована в г. Ленинск-Кузнецкий Кемеровской области. После окончания войны они переехали в Таллин (Эстония), где жил брат Евгении Лужиной - Карл-Густав Трейер.
В школьные годы Лариса Лужина занималась в драмкружке, которым руководил актер Русского драматического театра (ныне - Русский театр Эстонии) Иван Россомахин. Вместе с ней участниками кружка были будущие известные артисты Виталий Коняев, Владимир Коренев, Игорь Ясулович.
После окончания школы подала документы в Ленинградский государственный театральный институт им. А. Н. Островского (ныне - Российский государственный институт сценических искусств), но не сдала вступительный экзамен.
Вернувшись в Таллин, работала на фармацевтическом заводе и на кондитерской фабрике "Калев", затем - секретарем в приемной министра здравоохранения Эстонской СССР. Когда в городе открылся Дом моделей, была принята туда манекенщицей. Одновременно на Таллинской киностудии участвовала в массовке. Познакомилась с Лейдой Лайус, ученицей Александра Довженко, которая работала в Таллине ассистентом режиссера. Благодаря Лайус в 1959 г. Лариса Лужина получила свою первую эпизодическую роль певицы кабаре в фильме "Незваные гости" Игоря Ельцова.
В 1959 г. была принята во Всесоюзный государственный институт кинематографии (ВГИК) в мастерскую Сергея Герасимова и Тамары Макаровой. По словам самой Ларисы Лужиной, попасть к Герасимову, у которого был недобор на курсе, ей вновь помогла Лейда Лайус. Она попросила режиссера прослушать начинающую актрису.
Лариса Лужина окончила ВГИК в 1964 г. Училась вместе с Жанной Прохоренко, Галиной Польских, Жанной Болотовой, Николаем Губенко, Евгением Жариковым и др. Окончила институт в 1964 г.
В 1960 г. снялась в одной из главных ролей в картине Герберта Раппопорта "В дождь и в солнце". В том же году на экраны вышла военная драма Иосифа Шульмана "Человек не сдается", где Лужина сыграла невесту главного героя. В 1961 г. она снималась в картинах "Приключения Кроша" Генриха Оганесяна и "Человек идет за Солнцем" Михаила Калика.
Популярность актрисе принес фильм Станислава Ростоцкого "На семи ветрах" (1962) по сценарию Ростоцкого и Александра Галича. Вместе с Лужиной в картине снимались Вячеслав Тихонов, Вячеслав Невинный, Софья Пилявская и др. Лента была представлена на кинофестивалях в Канне (Франция), Карловых Варах (Чехословакия, ныне - Чешская Республика) и других странах. Впоследствии, в 1966 г., Владимир Высоцкий посвятил Ларисе Лужиной свою песню "Она была в Париже", написанную после ее рассказов о зарубежных поездках. Стихи актрисе посвящал также Булат Окуджава ("Море Черное", 1961).
С 1964 г. - в труппе Центра театра и кино под руководством Никиты Михалкова (ранее - Театр-студия киноактера, Государственный театр киноактера).
В 1965 г. уехала в Германию, где снималась у режиссера Ахима Хюбнера (Achim Hübner) в пятисерийном фильме "Доктор Шлюттер". Лужина сыграла в ней сразу две главные роли - антифашистку Еву Дорн и ее дочь Ирену. Дважды была удостоена награды "Золотая ветвь телевидения ГДР" (1965,1966), лауреат Национальной премии Германии (1966). За четыре года работы в ГДР Лариса Лужина снялась в шести картинах, в т. ч. "Преемник" (1965), "Встречи" (1967), "Вешние воды" (1969).
Всего в ее фильмографии - около 90 ролей в художественных фильмах и сериалах. Среди наиболее известных работ - Лариса в фильме "Вертикаль", где актриса снялась вместе с Владимиром Высоцким (1967, реж. Станислав Говорухин и Борис Дуров); Варвара Павловна в драме "Дворянское гнездо" (1969, Андрей Кончаловский); Анна Гагарина в биографическом фильме о первом советском космонавте "Так началась легенда" (1976, Борис Григорьев); Таисия в двухсерийном детективе "Сыщик" (1979; Владимир Фокин); Надежда Грибова в художественном фильме о летчиках-испытателях "Небо со мной" (1974; Валерий Лонской); фрау Шульц в приключенческой ленте "Тайны мадам Вонг" (1986; Степан Пучинян) и др. В 1990-х гг. была занята, в основном, в небольших ролях. В 2001 г. режиссер Светлана Дружинина пригласила Ларису Лужину сыграть Прасковью Долгорукову в историческом сериале "Тайны дворцовых переворотов. Россия, век XVIII". В 2006-2007 гг. актриса стала исполнительницей одной из главных ролей - Татьяны Лобовой - в сериале Владимира Краснопольского "Любовь как любовь". Снималась также в сериалах "Нет спасения от любви", "Юнкера", "Охота на изюбря", "Возвращение Турецкого", "Казус Кукоцкого" и др.
В числе ее театральных работ - роли в антрепризных спектаклях, постановках Театра киноактера, театра "Ангажемент" ("Театральный анекдот", "Зайка", "На дне", "Варвары", "Женщина в стиле осени", "Бродвей... Бродвей... (Все о Еве)", "Женитьба Бальзаминова" и др.).
Лариса Лужина занималась преподавательской деятельностью: вела театральную студию для детей при Московской детской академии народного художественного творчества в Перово (Москва).
Член Всероссийской политической партии "Единая Россия". Входит в состав московского городского регионального политсовета партии.
Народная артистка РСФСР (1989).
Награждена орденом Дружбы (2009).
В 2014 г. на Первом канале вышел документальный фильм об актрисе "Она была в Париже". В 2016 г. на канале "Россия 1" состоялась премьера биографического фильма "Личное. Лариса Лужина".
Автор книги "Жизнь по вертикали" (2017).
Была замужем четыре раза. Первый супруг - киноператор Алексей Николаевич Чардынин (1940-2007), второй муж - Валерий Павлович Шувалов (род. 1939) - также кинооператор, работал над фильмами "Сказ про то, как царь Петр арапа женил", "Экипаж", "По главной улице с оркестром", "Интердевочка" и др. Третьим супругом Ларисы Лужиной был актер и сценарист Владимир Григорьевич Гусаков (род. 1949), четвертым - Вячеслав Матвеев, администратор.
Сын Ларисы Лужиной - Павел Валерьевич Шувалов (род. 1971), звукорежиссер киностудии "Мосфильм".