帕夫柳琴科的父亲，米哈伊尔·贝洛夫是个苏联时期人人闻风丧胆的“蓝帽子”—内务部内卫部队（NKVD）少校，但是双方关系很差。因为在她仅16岁的时候，就被父亲强迫嫁给了阿列克塞·帕夫柳琴科，因而姓氏也改成了帕夫柳琴科，双方很快生了一个儿子。不过帕夫柳琴科婚后生活非常不幸福，很快就分手回到娘家，这段婚姻经历让她痛恨不已。

随后1937年帕夫柳琴科考上基辅大学历史系，并在大学的射击运动时展露出色的射击天赋。在其大四的时候，苏德战争爆发，帕夫柳琴科志愿参军，并且拒绝护士岗位，坚持要求去一线作战。随后在敖德萨战役期间，表现出色，并被训练成一名狙击手。

2015年电影《女狙击手》

1941年10年，帕夫柳琴科跟随部队从被包围的敖德萨撤退到克里米亚半岛上的塞瓦斯托波尔，在随后的250天中，她都在这里与曼斯坦因率领的德军进行激烈交战。此时苏军开始使用两名狙击手搭档的双人狙击小组模式，因而帕夫柳琴科也遇到她的爱人兼搭档列昂尼德·基森科。两人在战火中很快坠入爱河，并且在1942年2月初申请结婚。
然而这段爱情来的快，也结束的也太匆匆。就在两人决定结婚不久的1942年2月当月，在一次两人一同作战过程时，被德军发现，然后遭到德军的炮击。在不断爆炸的炮火中，基森科用自己的身体紧紧的把帕夫柳琴科压在下面，把自己身体作为保护她的盾牌。一颗炮弹就在他们身边爆炸，基森科身中7个弹片，手臂被打断，其中一片更是打碎他的脊椎，就这样死在了帕夫柳琴科身上，这段爱情之花刚绽放不久，就被战争摧毁，从此阴阳两隔。

帕夫柳琴科悲痛的从战场上，背着自己新郎的尸体带回，精神几乎崩溃，一度无法开枪射击。当他带着悲痛和复仇重新返回走上战场之后，彻底的成为让敌军闻风丧胆的女狙击手。到1942年6月，因受伤撤退出塞瓦斯托波尔时，帕夫柳琴科的战绩达到309名。随后帕夫柳琴科跟随苏联青年代表团访问美国，在那里与美国总统罗斯福的夫人，艾利诺·罗斯福成为好友，受邀住进白宫。而她在美国发表演讲时，说道：“先生们，难道你们不觉得躲在我背后的时间太长了吗？”以寻求美国开辟欧洲第二战场。

战争结束之后，帕夫柳琴科重新回到基辅大学完成学业，之后再与康斯坦丁·安德列维奇·谢韦列夫结婚，最后于1974年去世，安葬在莫斯科。帕夫柳琴科墓前刻着的这句“痛苦如此持久，像蜗牛充满耐心地移动；快乐如此短暂，像兔子的尾巴掠过秋天的草原。”是其最喜欢的短诗，其出处不详，但这似乎就是在战争中那段爱情的写照。