Л.М. Сергеєва народилася 12 березня 1937 р. в  республіці Білорусь в с. Путчино Дзержинського району, Мінської області. В 1954 р. закінчила Дзержинську російську СШ і у тому ж році вступила на хімічний факультет Білоруського державного університету. Після закінчення вузу, з 1959 до 1965 р. працювала у відділі армованих пластиків Інституту загальної і неорганічної хімії АН БССР (м. Мінськ). У цьому ж інституті навчалася в аспірантурі (1961–1963 р.) і у 1964 р. захистила дисертацію на здобуття вченого ступеня кандидата хімічних наук.

З 1965 р. Л.М. Сергеєва працює в Інституті хімії високомолекулярних сполук НАН України (м. Київ) старшим науковим співробітником (1965 р.), завідувачем лабораторії (1980 р.), завідувачем відділу (1980–2007 р.), провідним науковим співробітником (2007-2018) відділу хімії гетероланцюгових полімерів і взаємопроникних полімерних сіток. Наукове звання старшого наукового співробітника за спеціальністю “хімія високомолекулярних сполук’їй присвоєно у 1968 р.

У 1975 р. Л.М. Сергеєва захистила докторську дисертацію за темою «Адсорбція олігомерів і полімерів з розчинів і властивості граничних шарів полімерів» і їй присуджують вчений ступінь доктора хімічних наук. У 1987 р. їй присвоюють вчене звання професора.

Л.М. Сергеєва – спеціаліст в області фізичної хімії полімерів. Їй належать роботи з дослідження адсорбції полімерів з концентрованих розчинів, в яких розвинуто уявлення про молекулярно-агрегативний механізм адсорбції полімерів на твердих поверхнях, розглянуто вплив адсорбційної взаємодії на властивості граничних шарів поліуретанів – одного з найважливіших класів високомолекулярних сполук. З 1980 р. наукова діяльність  Л.М. Сергеєвої сконцентрована на синтезі і дослідженні фізико-хімічних властивостей полімер-полімерних композицій нового типу – взаємопроникних полімерних сіток: вивчення кінетики тверднення і мікрофазового поділу компонентів при формуванні ВПС, впливу наповнювачів на ці процеси, а також отримання різних типів ВПС (термопластичних, градієнтних і йономеровмісних) а також дослідження їхніх властивостей.

У співпраці з науковцями Інституту молекулярної біології і генетики НАН України Л.М. Сергеєвою і співробітниками розроблено наукові та технологічні засади створення на основі фазоворозділених напів-ВПС селективних сенсорних систем для екологічного моніторингу із застосуванням синтетичних аналогів біологічних рецепторів.

Л.М. Сергеєва – автором і співавтор понад 300 наукових праць і 30 винаходів. Під її керівництвом підготовлено 10 кандидатів хімічних наук і 2 доктори наук.

Успіхи Л.М. Сергеєвої у науковій роботі відзначено орденом «Знак пошани», а також державними медалями та Почесними грамотами Президії НАН України та ЦК профспілки працівників НАН України.