Ludmilla Herzenstein wurde als Tochter eines Bauingenieurs in St. Petersburg geboren.[1] Sie verbrachte Kindheit und Jugend in Berlin und begann 1926 das Architekturstudium an der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg. 1929 bis 1930 war sie als Werkstudentin bei dem Architekten und ehemaligen St. Petersburger Baurat Alexander Klein und bei der „Allgemeinen Häuserbau AG Berlin“ tätig, bei der sie die Bauleitung der Wohnsiedlung Onkel Toms Hütte in Berlin-Zehlendorf übernahm,[2][3] die Bruno Taut entworfen hatte. 1933 absolvierte sie ihr Diplom bei Heinrich Tessenow. 1935 bis 1945 arbeitete sie in verschiedenen Planungs- und Architekturbüros in Berlin, Rostock, Hamburg, Königsberg, Wiesbaden und Konitz/Westpreußen und war mit vielfältigen Tätigkeiten beauftragt. 1937 wurde sie in die Reichskulturkammer aufgenommen.
Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs, im Dezember 1945, schrieb sie als „Weihnachtsgeschenk für die Berliner Kinder“ im Auftrag der Sowjetischen Militäradministration das Kinderbuch „Das neugierige Entlein“, das wegen Papiermangels nur als Hektografie verteilt wurde. Es erschien 1952 erstmals mit Illustrationen von Ingeborg Meyer-Rey und seither in vielen Auflagen und mehreren Übersetzungen. Im gleichen Jahr, 1945, wurde Ludmilla Herzenstein Referentin für „Forschende Statistik“ im Planungsamt des Berliner Magistrats und Mitarbeiterin in Hans Scharouns Planungskollektiv zur Erarbeitung eines Bebauungsplans (Kollektivplan) für das im Krieg stark zerstörte Berlin. In Kooperation mit Hans Scharoun entwarf sie die „Wohnzelle Friedrichshain“ und darin in der damaligen Stalinallee zwei moderne Laubenganghäuser.[2]
Nach der Teilung Berlins 1949 übernahm Ludmilla Herzenstein die Leitung der „Heimstätte Berlin“ in Ost-Berlin und war verantwortlich für die Ausführung der Laubenganghäuser. Bis 1958 hatte sie die Leitung des Referats für Wohnstättenplanung im Hauptamt für Stadtplanung in Ost-Berlin. Anschließend wurde sie Leiterin der Abteilung Stadtplanung im Berliner Stadtbezirk Weißensee, wo ihr die Sanierung von Altbaugebieten oblag. Von 1964 bis zu ihrem Ruhestand 1971 war sie Stadtbezirksarchitektin in Berlin-Weißensee; dabei entwarf sie u. a. 1966 die „Parkgaststätte Milchhäuschen“ im Park am Weißen See.
Kerstin Dörhöfer: Pionierinnen in der Architektur. Eine Baugeschichte der Moderne. Wasmuth Verlag, Tübingen 2004, ISBN 3-8030-0639-2.
Tanja Scheffler: Ludmilla Herzenstein. In: Wolfgang Benz u. a. (Hrsg.): Planen und Bauen im Nationalsozialismus. Voraussetzungen, Institutionen Wirkungen, Bd. 4. Hirmer, München 2023, ISBN 978-3-7774-4114-6, S. 1206.