Lydia Sesemann wurde 1845 als Tochter des Großhändlers Mikael Carl Sesemann in Wyborg geboren. Seine zweite Frau und ihre Mutter war Antonie (Antoinette) Williams aus München. Die Familie war groß und bestand aus drei Töchtern und drei Söhnen aus erster Ehe sowie vier Töchtern und drei Söhnen aus zweiter Ehe. Die Familie Sesemann gehörte zur deutschen Handelsgesellschaft in Wyborg, deren Vorfahren 1661 von Lübeck eingewandert waren. Die Familie sprach auch über Generationen weiter die deutsche Sprache, was Lydia Sesemann das Studium in Zürich später erleichterte.
Laut ihren biografischen Angaben, die sie an die Universität in Zürich übermittelte, wurde Lydia Sesemann an einer privaten Schule unterrichtet.
1865 starb ihr Vater. Die Mutter zog danach mit den Töchtern Lydia und Helene Christina nach Stuttgart, wo sie zwischen 1867 und 1877 lebte. Lydia Sesemann nahm zur Vorbereitung auf das akademische Studium Privatstunden in Mathematik und Latein.
1877[5] veröffentlichte Lydia Sesemann eine Präsentation ihrer Forschungsergebnisse in der zentralen Chemiezeitschrift Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. Bis 1877 blieb sie an der Universität in Zürich und ihre Forschungen wurden im selben Jahr in der Zeitschrift Chemisches Central-Blatt erwähnt. Im selben Jahr wechselte sie nach an das Physikalisch Chemische Labor der Universität Leipzig in Leipzig und wurde als erste Frau[6] in die Deutsche Chemische Gesellschaft aufgenommen.[5] Von 1896 bis 1901 lebte Lydia Sesemann mit ihrer Schwester Helene in München. Vom 1903 bis 1907 lebten die Schwestern in Lausanne, von wo sie wieder nach München zurückkehrten, wo Lydia Sesemann 1925 im Alter von 80 Jahren verstarb.
