Родилась 8.10.1907 в селе Новоспасовка, ныне село Осипенко Бердянского района Запорожской области, в семье крестьянина. Украинка. Член КПСС с 1932. Окончила начальную школу, курсы птицеводов. Работала заведующей колхозной птицефермой.

В Советской Армии с 1930. В 1932 окончила Качинскую военно-авиационную школу. Служила летчиком, командиром звена в истребительной авиации. В 1936 — 38 установила 5 мировых авиационных рекордов высоты и дальности полета для женщин.

Капитан, второй пилот самолета «Родина», на котором 24 — 25.9.38 вместе с В. С. Гризодубовой и М. М. Расковой совершила рекордный беспосадочный перелет по маршруту Москва — Комсомольск-на- Амуре.

За этот полет 2.11.38 ей присвоено звание Героя Советского Союза.

Награждена 2 орденами Ленина, орденом Трудового Красного Знамени.

Майор Осипенко погибла при исполнении служебных обязанностей 11.5.1939.

Похоронена в Москве у Кремлевской стены.

Ее именем названы улицы и площади в Москве, Минске, Перми, Владимире, Элисте и других городах, райцентр и район в Хабаровском крае. В селе Осипенко установлен ее бюст, в деревне Высокое Рыбновского района Рязанской области — обелиск.