Лидия Ивановна родилась в Ленинграде, в июле 1941 года вместе с матерью эвакуировалась в Ярославскую, а затем в Челябинскую область, где закончила школу. В 1948 году после окончания ЛГУ была зачислена в аспирантуру Института языкознания АН СССР. В 1955 году защитила диссертацию на тему «Говоры юго-западной части Псковской области. Фонетика и морфология». С октября 1954 года работала в Словарном секторе Ленинградского отделения Института языкознания, в коллективе «Словаря современного русского литературного языка» в 17-ти томах, в Большой картотеке Словарного сектора, а с 1966 года являлась составителем «Словаря русских народных говоров». Ее материалы  вошли в 8 выпусков СРНГ. Л. И. Царева принимала также участие в пополнении картотеки СРНГ.