Politkowska urodziła się w Nowym Jorku jako córka radzieckiego dyplomaty prze ONZ (pracującego w Komitecie do Walki z Rasizmem), Ukraińca Stiepana Mazepy. Rodzice wysłali ją do babci do ZSRR, by mogła tam otrzymać "solidne radzieckie wykształcenie".
Po studiach w 1980 r. rozpoczęła pracę w gazecie Izwiestija. Poślubiła znanego dziennikarza Aleksandra Politkowskiego, Rosjanina o polskich arystokratycznych korzeniach, ale ich małżeństwo rozpadło się kilka lat przed jej śmiercią ze względu na różnicę postaw życiowych Od czerwca 1999 roku dziennikarka pisywała do opozycyjnej internetowej gazety Nowaja Gazieta. Zaangażowała się w obronę praw człowieka w Czeczenii. Wielokrotnie jeździła do Czeczenii i opisywała okropności toczące się tam wojny. Pisanymi po powrocie reportażami, które uczyniły ją sławną bardziej na Zachodzie niż w Rosji, naraziła się kremlowskiej, a także związanej z Kremlem czeczeńskiej administracji. Wielokrotnie grożono jej śmiercią, przez pewien czas musiała nawet korzystać z ochrony, wyjechała też na jakiś czas do Wiednia. Dzięki Politkowskiej i "Nowej Gazetie" opinia publiczna zobaczyła taśmy wideo, na których Rosjanie torturują czeczeńskich jeńców.
Politkowska kilkakrotnie uczestniczyła w negocjacjach z terrorystami, między innymi jako jedyny cywil w czasie słynnego ataku Czeczenów na teatr na Dubrowce w październiku 2002 roku. Winą za ich fiasko dziennikarka obarczyła Kreml. Nie udało jej się natomiast rozmawiać z terrorystami w Biesłanie; zasłabła w samolocie. Jej zdaniem podano jej wówczas w herbacie szkodliwy środek.
Zginęła 7 października 2006 r. w dniu 54. urodzin Władimira Putina zastrzelona w windzie jej bloku, w centrum Moskwy. Morderca oddał 5 strzałów, ostatni w głowę - "na wszelki wypadek". Do tej pory śledztwo nie wskazało zabójcy, mimo że aresztowano kilka osób, a prokuratura twierdzi, że wie, kto nim jest. Przedstawiciele Narodowo-Bolszewickiej Partii twierdzą, że Politowska zginęła, bo chciała powołania trybunału międzynarodowego, który osądziłby rosyjskie zbrodnie w Czeczenii. krótko przed śmiercią zaczęła gromadzić dokumenty potwierdzające rosyjskie zbrodnie wraz z szefem rozwiązanego Towarzystwa Przyjaźni Rosyjsko-Czeczeńskiej Stanisławem Dmitrijewskim.
W rocznicę śmierci wybitnej dziennikarki organizacja "Reporterzy bez granic" zorganizowała manifest przeciwko braku postępów w sprawie zabójstwa jej oraz innych niezależnych dziennikarzy rosyjskich.

Ukończyła dziennikarstwo na Uniwersytecie Moskiewskim

2003 - Brudna Wojna
2005 - Rosja Putina
2006 - Druga wojna czeczeńska
Udręczona Rosja. Dziennik buntu

1999 - "Złote Pióro Rosji" - nagroda Związku Dziennikarzy Rosji i
2000 - nagroda Związku Dziennikarzy Rosji "Dobry Uczynek - Dobre Serce"
2003 - nagrodę dziennikarską OBWE za odważną i profesjonalną pracę, służącą popieraniu praw człowieka i wolności prasy".