По окончании ГИТИСа Людмила Касаткина была принята в труппу Центрального академического театра Российской Армии, где проработала всю жизнь. В кино дебютировала в 1954 году в фильме "Укротительница тигров" и сразу в главной роли, получив признание критиков и зрителей. В 1962 году за эту роль получила "Золотую нимфу" на МТФ в Монте-Карло. Лучшие роли актриса сыграла в фильмах своего мужа – режиссера Сергея Колосова. Получила известность также благодаря своим работам по озвучиванию мультфильмов. В последние годы преподавала в РАТИ.