В 1943 году Лидия Мастеркова поступила в художественную школу на Чудовке, где преподавателем был участник русского авангарда начала ХХ века Роберт Фальк, а учениками – многие будущие классики нонконформизма: Михаил Рогинский, Борис Турецкий, Николай Вечтомов. Школу закрыли за «левый уклон», и Лидия Мастеркова продолжила обучение в училище имени 1905 года. Один из ее соучеников по школе на Чудовке, Николай Вечтомов, познакомил Лидию Мастеркову с художниками и поэтами, позднее образовавшими так называемую «Лианозовскую группу». Мастеркова выходит замуж за участника группы Владимира Немухина.
С шестидесятых годов Лидия Мастеркова принимала самое активное участие в подпольной художественной жизни Москвы. Ее первая персональная выставка состоялась на квартире искусствоведа Ильи Цирлина в доме Шаляпина на Новинском бульваре. Она выставлялась у американского журналиста Эдмонда Стивенса и знаменитого коллекционера Георгия Костаки. В 1967 году приняла участие в групповой выставке нонконформистов в клубе «Дружба» на шоссе Энтузиастов, которая в день открытия была закрыта КГБ. С того же года ее работы показываются на зарубежных выставках русских неофициальных художников.
Принимала активное участие в подготовке и проведении разогнанной властями «бульдозерной выставки», а затем в первой, официально разрешенной выставке нонконформистов в павильоне «Пчеловодство» на ВДНХ. Вскоре после этих выставок, в 1975-м, эмигрировала во Францию, где прожила до конца своих дней.
Произведения Мастерковой есть во многих крупнейших зарубежных собраниях современного русского искусства, таких как коллекции американского Zimmerli Art Museum, собрания Нортона Доджа и Дины Верни, выставлявшей Мастеркову после ее эмиграции во Францию.
Художественная карьера Лидии Мастерковой тесно связана с кругом московских поэтов и художников, получившим название «Лианозовская группа». Мастеркова становится художником-абстракционистом, приверженцем абстрактного экспрессионизма. Стремление войти в круг новейшего искусства сочетается в ее картинах с намерением установить наследственную связь с живописью Василия Кандинского и его друзей по «Синему всаднику». Начиная с 1964 года, ее живопись стремительно меняется в сторону монохромных, геометрических композиций. Мастеркова обращается к технике коллажа, применяя старые ткани, кружево, парчу, старинное шитье, найденное в заброшенных храмах. Мастеркова считала себя человеком верующим, хотя и не церковным, и полагала, что русский авангард напрямую связан с православной иконописной традицией. В эмиграции ее живопись утрачивает яркость и цвет, становится монохромной, комбинирующей математические числа и геометрические фигуры.