Née le 11 juillet 1923 à Cologne, Ludmila Dvořáková se forme au chant au conservatoire de Prague. En 1949, elle fait ses débuts à Ostrava en République tchèque dans le rôle-titre de Katja Kabanova. De 1954 à 1959, Ludmila Dvořáková est soliste au théâtre national de Prague, puis part se produire au théâtre national de Bratislava. Elle devient la soprano dramatique de référence en République tchèque.

Dans les années 60, la carrière de la chanteuse tchèque prend un autre tour et elle fait ses débuts sur les scènes internationales. La soprano monte ainsi sur les planches des opéras de Berlin, Munich, Londres puis au MET de New-York. À Vienne, elle campa Senta, Elisabetta de Don Carlo, Kostelnicka de Jenufa ou encore Octavian. Mais c'est en Europe que la soprano excelle, de Londres à la Russie, de même qu'à Paris, où elle fut Brünnhilde en 1967 et 1972.

Elle fait alors partie de la nouvelle génération de chanteurs lyriques tchèques, aux côtés de la chanteuse d’opéra Maria Jeritza et la soprano Jarmila Novotná. Grande artisane du répertoire wagnérien et straussien, elle débute à Bayreuth en 1965 dans le rôle de Vénus dans Tannhäuser sous la direction d'André Cluytens. En 1968, elle y retournera pour incarner Ortrud et donner la réplique à James King dans Lohengrin. Elle a reçu différents prix nationaux pour l’ensemble de sa carrière dont le prix Antonín Dvořák en 2012.

Elle décède le 30 juillet 2015 dans l'incendie de sa maison, à l'âge de 92 ans.