Η Λίνα Γ. Μενδώνη γεννήθηκε στην Αθήνα την 1η Απριλίου 1960. Είναι παντρεμένη με τον Παναγιώτη Ν. Δουκέλλη και έχουν ένα γιο, τον Νικόλα, φοιτητή στη Νομική Σχολή του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου. Το 1977 αποφοίτησε από το Αρσάκειο Ψυχικού, το 1981 πήρε το πτυχίο της από το Κλασικό Τμήμα της Φιλοσοφικής Σχολής του Πανεπιστημίου Αθηνών και το 1984 από το Ιστορικό και Αρχαιολογικό Τμήμα του ιδίου Πανεπιστημίου.
Το 1988 αναγορεύθηκε διδάκτωρ του Πανεπιστημίου Αθηνών. Εχει συμμετάσχει σε αρχαιολογικά προγράμματα, επιφανειακές έρευνες και συστηματικές ανασκαφές, του Πανεπιστημίου Αθηνών, του Υπουργείου Πολιτισμού, ενώ από το 1983 έως το 1988 εργάστηκε ως επιστημονική συνεργάτις στο Κέντρο Ελληνικής και Ρωμαϊκής Αρχαιότητος του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών.
Από το 1987 η Λίνα Μενδώνη είναι επικεφαλής διεπιστημονικής ομάδας για την αρχαιολογική έρευνα της Κέας, Κυκλάδες. Τον Ιούνιο 1989 εντάχθηκε στο ερευνητικό δυναμικό του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών και έκτοτε ακολούθησε την εκ του νόμου προβλεπόμενη εξέλιξη. Το 1998 εξελέγη στην βαθμίδα του Κυρίου Ερευνητή.
Την περίοδο 1995-1999 είναι επικεφαλής του διεπιστημονικού προγράμματος «Ιστορία του Τοπίου και Τοπικές Ιστορίες. Από το φυσικό περιβάλλον στο πολιτιστικό τοπίο». Είναι μέλος πολλών ελληνικών και διεθνών επιστημονικών οργανισμών. Διατελεί επικεφαλής και μέλος σε επιστημονικές ομάδες ευρωπαϊκών και διεθνών προγραμμάτων. Το διάστημα 1994-1999 διετέλεσε ειδική επιστημονική σύμβουλος στο Υπουργείο Περιβάλλοντος, Χωροταξίας και Δημοσίων Εργων, και στο Υπουργείο Αιγαίου.
Από τον Μάρτιο 1999 έως τον Μάρτιο 2004 κατείχε τη θέση του Γενικού Γραμματέα του Υπουργείου Πολιτισμού. Εχει τιμηθεί με το παράσημο Commendatore (II Clase), Ordine della Stella della Solidarieta΄Italiana της Ιταλικής Δημοκρατίας.
Την 9η Ιουλίου 2019, μετά την ανακοίνωση της ως εξωκοινοβουλευτικής υπουργού Πολιτισμού στην κυβέρνηση του Κυριάκου Μητσοτάκη, το ΚΙΝΑΛ ανακοίνωσε τη διαγραφή της Μενδώνη και του Μιχάλη Χρυσοχοΐδη, ο οποίος επίσης υπουργοποιήθηκε.