Au cours de sa carrière, Ludmila Tcherina a interprété les plus grands rôles du répertoire classique sur les plus grandes scènes lyriques du monde : l'Opéra de Paris, la Scala de Milan ou le Metropolitan Opera de New York.
Elle est la première danseuse occidentale à se produire au théâtre Bolchoï (Giselle en 1959) et au Kirov de Saint-Pétersbourg.
Elle interprète les principaux ballets russes de Serge Diaghilev, notamment les personnages créés par Anna Pavlova (Le Spectre de la rose) et Tamara Karsavina (Shéhérazade).
Elle crée parallèlement de nombreux ballets contemporains pour Serge Lifar, George Balanchine, Roland Petit, Maurice Béjart, mais danse aussi au sein de la compagnie qu'elle a créée.