Su verdadero nombre era Dolores Martínez de Anda. Nació el 1 de abril de 1907 en Lagos de Moreno.  Fue educada en una escuela religiosa. Muy joven, a los 15 años se casó con Manuel Álvarez Bravo.

De 1925 a 1927 se van a vivir a Oaxaca de 1925 a 1927, donde Lola toma sus primeras fotografías en compañía de su esposo.

En 1927 se trasladó a la Ciudad de México donde Lola inició con su carrera fotográfica. Junto con su esposo improvisa una galería en su casa para exhibir sus fotografías y también la de otros grandes artistas como José Clemente Orozco, David Alfaro Siqueiros y Rufino Tamayo.

Años más tarde, trabajó en la Secretaría de Educación Pública en el Departamento de Prensa y Publicaciones. También, contribuyó con fotografías y fotomontajes para la revista El maestro rural.

En 1937, trabaja en el Laboratorio de Arte del Instituto de Investigaciones Estéticas de la Universidad Nacional Autónoma de México, donde apoya a arquitectos de la Secretaría de Salubridad y Asistencia, documentando el alojamiento rural.

A Lola Álvarez Bravo se le considera como la primera fotógrafa mexicana, ya que se desempeñó como reportera gráfica, fotógrafa comercial y documental, retratista profesional y artista plástica. Gran parte de su obra se vio influenciada por Edward Weston, Tina Modotti y por su propio esposo Manuel Álvarez Bravo.

Asimismo, fue jefa del Departamento Fotográfico del Instituto Nacional de Bellas Artes y Literatura (INBAL) donde fungía como responsable del registro de las obras de destacados pintores. También, trabajó para el Instituto de Investigaciones Estéticas de la UNAM y para diversas secretarías de Estado. Por primera vez expuso sus obras en el Palacio de Bellas Artes en 1944, con 28 fotografías. 

Lola Álvarez Bravo fue reconocida como una gran promotora de Diego Rivera, Frida Kahlo, Rufino Tamayo y David Alfaro Siqueiros.

Fue ella quien organizó en 1953, la única exposición en vida de Frida Kahlo. 

El 31 de julio de 1993 falleció en su casa a la edad de 86 años.