Liudmila Kharitonova schloss ihr Viola-Studium an der Universität für Musik und darstellende Kunst Graz mit Auszeichnung ab. 2022 absolvierte sie an der Accademia Stauffer in Cremona das Artist-Diploma-Programm bei Bruno Giuranna. Meisterklassen besuchte sie unter anderem an der Académie musicale de Villecroze in der Provence in Frankreich. Sie bildete sich an der Accademia Perosi in Biella weiter und nahm an internationalen Musikseminaren wie dem Chamber Music Seminar in Stanford, Kalifornien, dem Viola Congress in Wellington, Neuseeland, und den Open Chamber Music Sessions beim International Musicians Seminar in Prussia Cove, Cornwall, teil. Als Kammer- und Orchestermusikerin wirkte sie in der von Friedrich Cerha und Kurt Schwertsik gegründeten Formation die reihe, einem der traditionsreichsten Ensembles für Neue Musik in Europa, im Ensemble Kontrapunkte sowie in der Haydn Philharmonie mit. 2019 und in der Saison 21–22 musizierte sie im Orchester der Volksoper Wien. Seit 2022 ist Liudmila Kharitonova Mitglied des Tonkünstler-Orchesters.