Fille d'un peintre et d'une pianiste, Ludmila Mikaël suit la voie royale en intégrant la Comédie-Française en 1967 après être passée par le Conservatoire. Parallèlement à sa carrière théâtrale, elle commence à jouer au cinéma dès 1966 dans Le Saut de Christian de Chalonge.

Elle apparaît sporadiquement dans des seconds rôles pour le grand écran, dans de grosses productions (The Sergeant de John Flynn, 1968; Dien Bien Phu de Pierre Schoendoerffer, 1991) ou des films d'auteur plus intimistes (Vincent, Francois, Paul et les autres de Claude Sautet, 1974; Noce blanche de Jean-Claude Brisseau, 1989).

La comédienne quitte la Comédie Française en 1987 mais n'enchaîne pas pour autant les films : sa carrière cinématographique reste très en deça de sa carrière théâtrale très riche. Depuis les années 90, elle tourne d'avantage mais reste cantonnée à des rôles secondaires dans des comédies populaires (Coup de jeune de Xavier Gélin, 1992; 15 août de Patrick Alessandrin, 2001) ou à des films de jeunes réalisateurs (Bord de mer de Julie Lopes-Curval, caméra d'or au festival de Cannes en 2002).

En 2005, tout en poursuivant sa carrière théâtrale, Ludmila Mikaël délaisse les seconds rôles et partage l'affiche d'Aux abois, aux cotés d'Elie Semoun. Elle fait aussi régulièrement des détours par le petit écran, participant à des projets de séries: Le Sanglot des anges (2008), Ah, c'était ça la vie ! (2009) et Revivre (2009). Au cinéma, l'actrice privilégie essentiellement les films de jeunes réalisateurs, avec Ecoute le temps de Alanté Kavaïté en 2007, L' Enfance du mal de Olivier Coussemacq en 2010 et Avant l'aube de Raphaël Jacoulot en 2011.