Nacida en 1898 en la ciudad rusa de Frolovo, Ermolyeva se graduó de la escuela de medicina en 1921.  

Muy rápidamente comenzó su investigación en el Instituto Bacteriológico del Cáucaso del Norte, trabajando para garantizar la salud pública a pesar de la escasez de fondos y equipos de laboratorio.  

Cuatro años más tarde, fue ascendida para dirigir el Departamento de Bioquímica Microbiológica en Moscú en la Academia de Ciencias de la URSS, un espacio ocupado exclusivamente por hombres al cual ella supo abrirse paso. 

Inspirada por el trabajo de Sir Alexander Fleming, Ermolyeva trabajó para desarrollar tratamientos para las tropas heridas en riesgo de infección. Al probar cientos de cultivos de moho en el Instituto de Bacteriología de Rostov, ella buscó una cepa que pudiera tratar heridas sépticas y gangrena.  

En 1925, fue nombrada directora del Departamento de Bioquímica Microbiana en la Academia de Ciencias de la URSS, donde comenzó a investigar sobre bacteriófagos y agentes antimicrobianos naturales, con particular atención en la lisozima. 

El gran descubrimiento

Luego de años de estudio y trabajo arduo, logró aislar una cepa de Penicillium crustosum durante la Segunda Guerra Mundial, la cal fue usada por primera vez en los hospitales soviéticos en 1943 logrando salvar miles de vidas. 

Ocurrió un día de esos en que se encontraba junto a su asistente en un refugio antiaéreo y notaron que crecía moho en una pared. Cuando lo llevaron al laboratorio, esta muestra resultó eficaz para combatir la infección. Con esta muestra, Ermolyeva pudo sintetizar y producir penicilina en masa dentro de la Unión Soviética y dejar de depender de Occidente, como sucedía hasta su descubrimiento.  

En 1947, el Ministerio de Salud Pública de la URSS estableció el Instituto de Antibióticos y nombró a Ermolyeva su directora fundadora. En aquel cargo desarrolló una importante investigación sobre la estreptomicina y otros antibióticos importantes como el interferón, la ekmonovicilina, las bicilinas, la ekmolina y el diapsfeno. 

Con un legado inmenso, se convirtió en Académica de pleno derecho de la Academia de Ciencias Médicas de la URSS y en 1970 fue nombrada Trabajadora Científica Honorable de la República Socialista Federada Soviética de Rusia. 
Falleció tras una conferencia científica, el 2 de diciembre de 1974, y fue enterrada en Moscú, en el cementerio de Kuzminsk.