Lydia nació en Madrid el 15 de Enero de 1980, pero toda su infancia la pasó en Leganés, y es la mediana de 5 hermanos en una familia de músicos. A los 6 años empezó a estudiar solfeo y canto, y a los 16 envió una maqueta a un programa musical, lo que le valió la grabación de un álbum con la productora en la que trabajaba su hermano. El disco, titulado Lydia, se presentó con el single No sé si es amor, dedicada a su ídolo Alejandro Sanz. Gracias a esta canción se hizo muy conocida en España y en muchos países de América Latina. Otro de sus primeros sencillos, El tacto de tu piel, también fue un gran éxito. El propio Alejandro Sanz le entregó el disco de platino por vender más de 100.000 copias. Dos años más tarde, en 1998, grabó su segundo álbum 100 veces al día, por el que recibió la certificación de Oro y otro par de éxitos como el tema homónimo o Aún no quiero enamorarme.

Ya en 1999 es elegida internamente para representar a España en Eurovisión 1999 con No quiero escuchar en Jerusalén. La canción, curiosamente, fue la número 800 de la historia del festival. Lamentablemente, no tuvo suerte y se clasificó en última posición con un solo punto otorgado por Croacia. Su actuación fue muy criticada por el traje que Agatha Ruiz de la Prada le diseñó para la ocasión e, incluso, algunos medios atribuyeron el mal resultado más al vestido que a la propia actuación.

Posteriormente, Lydia continuó ligada a la discográfica Warner que la mantuvo durante tres años en el cajón. Por fin en el año 2002 publicó su tercer disco, Si no me pides la vida, con un estilo más rockero que contó con la colaboración de Nacho Campillo. En él se incluía el sencillo Esta vez no caeré o la versión de Across the universo de The Beatles que fue la sintonía de una campaña publicitaria de Iberia. Un año después editó el recopilatorio Grandes éxitos. También participó en un ambicioso proyecto llamado Ellas y Magia, un DVD musical que reunió a grandes voces femeninas como Pastora Soler, Merche, Marilia, Malú, Marta Botía o Marta Sánchez para versionar grandes clásicos de Dysney, y en el que la madrileña se encargó de dar su toque personal a Mi príncipe vendrá de Blancanieves y los siete enanitos. Junto al rapero El Chojin lanzó El final del cuento de hadas en 2005 y en 2007 interpretó a María Magdalena en el Musical Jesucristo Superstar.

A partir del año 2008 su carrera musical da un nuevo vuelco al convertirse en la nueva vocalista de Presuntos Implicados junto a Ignacio Mañó y Juan Luis Giménez. Fruto de esta nueva formación sale su nuevo álbum Será con el que obtienen una nominación al Mejor Disco en los Grammy Latino, nominación que se repite al Mejor Disco Pop Vocal Tradicional con su siguiente trabajo Banda Sonora, de 2011, en el que versionaban temas del séptimo arte. Su último lanzamiento, La noche 2. Desde la Ciudad de México en 2013, se trata de un concierto repasando los grandes éxitos del grupo, reversionados y con la colaboración de artistas como Leonel García, Sandoval o Santiago Cruz. Presuntos Implicados anunció su separación en 2015, a pesar de lo cual siguen actuando juntos esporádicamente.

Eurovision-Spain.com realizó un homenaje a Lydia por el 20º aniversario de su participación en Eurovisión en la PrePartyES 2019 en la que participó como invitada y cantó en el concierto principal del sábado noche. Ese mismo año publicó La soledad, su primer single en solitario desde 2003, al que seguiría Quién lo dirá primero, con Roel, en 2022.