Författaren växte upp i Barkarö prästgård i Västmanland, tog 1888 studenten vid Wallinska Flickskolan i Stockholm och var på 1890-talet som grundare av och ordförande i den kvinnliga studentföreningen en central gestalt i den akademiska kvinnomiljön i Uppsala. 1898 blev hon som tredje kvinna i Sverige doktor på sin avhandling Sveriges förhållande till Danmark 1788-89 och fyra årtionden senare fick hon professors titel. Efter ett par år i England, då hon drev en internatskola, blev hon 1900 studierektor vid Åhlinska Flickskolans gymnasium i Stockholm.
Som ordförande i den kvinnliga rösträttsrörelsen skapade hon rösträttsföreningar i hela landet och 1933 utgav hon Den svenska kvinnorörelsen. Historisk översikt. Skönlitterärt utkom hon 1918 med Daniel Malmbrink, 1920 med Sin fars dotter och 1924 med Biskopen, tre intressanta romaner med självbiografiska inslag och religiösa frågeställningar. Hon var medarbetare i de liberala teologernas tidskrift Kristendomen och vår tid, föreläste tidigt om konsekvenserna av nazismens ideologi och var initiativtagare till den breda utbildningen vid Fredshögskolan i Stockholm. Hon var aktiv i Tisdagsklubben 1940-45. Redan 1934 gick hon i psykoanalys, beskrivet i Pastoralpsykologi, 1945. Hennes memoarer, Trotsig och försagd, kom ut 1949.
Litteratur om författaren: ett urval
Sif Bokholm: "Prästdottern som blev historiker och feminist" i: Svenska historiker: från medeltid till våra dagar, 2009
Inger Hammar: ""Vad hon har för en lustig övertro på akademisk bildning!": Lydia Wahlström i kvinnokampen" i: Förbjuden frukt på kunskapens träd: kvinnliga akademiker under 100 år, 2004
Hans Landqvist: "Lydia Wahlström och historievetenskapen", icke utgiven C-uppsats, Göteborg, 1983
Brita Mannerheim: Med Lydia eller Livslång trohet mellan tre, 1989
Nanna Svartz: Steg för steg, 1968
Greta Wieselgren: Den höga tröskeln. Kampen för kvinnas rätt till ämbete, 1969
