帕夫柳琴科的父親，米哈伊爾·貝洛夫是個蘇聯時期人人聞風喪膽的“藍帽子”—內務部內衛部隊（NKVD）少校，但是雙方關係很差。因為在她僅16歲的時候，就被父親強迫嫁給了阿列克塞·帕夫柳琴科，因而姓氏也改成了帕夫柳琴科，雙方很快生了一個兒子。不過帕夫柳琴科婚後生活非常不幸福，很快就分手回到孃家，這段婚姻經歷讓她痛恨不已。

隨後1937年帕夫柳琴科考上基輔大學歷史系，並在大學的射擊運動時展露出色的射擊天賦。在其大四的時候，蘇德戰爭爆發，帕夫柳琴科志願參軍，並且拒絕護士崗位，堅持要求去一線作戰。隨後在敖德薩戰役期間，表現出色，並被訓練成一名狙擊手。

2015年電影《女狙擊手》

1941年10年，帕夫柳琴科跟隨部隊從被包圍的敖德薩撤退到克里米亞半島上的塞瓦斯托波爾，在隨後的250天中，她都在這裡與曼斯坦因率領的德軍進行激烈交戰。此時蘇軍開始使用兩名狙擊手搭檔的雙人狙擊小組模式，因而帕夫柳琴科也遇到她的愛人兼搭檔列昂尼德·基森科。兩人在戰火中很快墜入愛河，並且在1942年2月初申請結婚。
然而這段愛情來的快，也結束的也太匆匆。就在兩人決定結婚不久的1942年2月當月，在一次兩人一同作戰過程時，被德軍發現，然後遭到德軍的炮擊。在不斷爆炸的炮火中，基森科用自己的身體緊緊的把帕夫柳琴科壓在下面，把自己身體作為保護她的盾牌。一顆炮彈就在他們身邊爆炸，基森科身中7個彈片，手臂被打斷，其中一片更是打碎他的脊椎，就這樣死在了帕夫柳琴科身上，這段愛情之花剛綻放不久，就被戰爭摧毀，從此陰陽兩隔。

帕夫柳琴科悲痛的從戰場上，揹著自己新郎的屍體帶回，精神幾乎崩潰，一度無法開槍射擊。當他帶著悲痛和復仇重新返回走上戰場之後，徹底的成為讓敵軍聞風喪膽的女狙擊手。到1942年6月，因受傷撤退出塞瓦斯托波爾時，帕夫柳琴科的戰績達到309名。隨後帕夫柳琴科跟隨蘇聯青年代表團訪問美國，在那裡與美國總統羅斯福的夫人，艾利諾·羅斯福成為好友，受邀住進白宮。而她在美國發表演講時，說道：“先生們，難道你們不覺得躲在我背後的時間太長了嗎？”以尋求美國開闢歐洲第二戰場。

戰爭結束之後，帕夫柳琴科重新回到基輔大學完成學業，之後再與康斯坦丁·安德列維奇·謝韋列夫結婚，最後於1974年去世，安葬在莫斯科。帕夫柳琴科墓前刻著的這句“痛苦如此持久，像蝸牛充滿耐心地移動；快樂如此短暫，像兔子的尾巴掠過秋天的草原。”是其最喜歡的短詩，其出處不詳，但這似乎就是在戰爭中那段愛情的寫照。