Алия Нурмухамбетовна Саркулова (это её настоящие отчество и фамилия) родилась 25 октября 1925 года в ауле Булак Хобдинского района Актюбинской губернии Казакской АССР (ныне в составе Актюбинской области Казахстана). Рано потеряла родителей. Отец, бывший из рода баев Беклеу, вынужден был в середине 1930-х гг. сменить фамилию и скрываться от преследования властей, мать погибла в 1933 году (проходя ночью мимо картофельного поля, стала жертвой случайного выстрела сторожа). Воспитывалась в семье родного дяди Абубакира, жила в городе Алма-Ате. В 1935 году (в связи с поступлением Абубакира Молдагулова в Военно-транспортную академию) семья переехала в Москву, а позже - в Ленинград (куда была переведена академия). Осенью 1939 года по семейным обстоятельствам дядя устроил Алию в детский дом № 46. С 1980 года улица, на которой находился детский дом, переименована в улицу имени Алии Молдагуловой. Все воспитанники этого детского дома учились в школе № 9 (ныне № 140).

С сентября 1941 года Ленинград оказался в блокаде. Страшные времена настали для горожан. В апреле 1942 года детский дом удалось вывезти из осаждённого Ленинграда в Ярославскую область (село Вятское Некрасовского района). В 1942 году Алия окончила там 7 классов средней школы, с октября 1942 года училась в Рыбинском авиационном техникуме.

В декабре 1942 года добровольно вступила в ряды Красной Армии. 23 июля 1943 году окончила Центральную женскую школу снайперской подготовки в городе Подольске (Московская область). Училась военному делу старательно, её наградили именным оружием - винтовкой с надписью "От ЦК ВЛКСМ за отличную стрельбу". С августа 1943 года в действующей армии. Воевала в составе 4-го отдельного стрелкового батальона 54-й отдельной стрелковой бригады (22-я Армия, 2-й Прибалтийский фронт).

15 января 1944 года ефрейтор А. Н. Молдагулова погибла в бою за деревню Казачиха (Новосокольнический район Псковской области). Во многих источниках её снайперский счёт оценивается от 78 до 91 уничтоженного фашиста. Однако, это её общий боевой счёт, включая убитых из автомата и гранатами (с декабря 1943 года числилась стрелком-автоматчиком). Её чисто снайперский счёт, по разным источникам, составляет от 32 (в газетной заметке её фронтовых подруг) до 35 (в листовке Главного политуправления РККА). Указом Президиума Верховного Совета СССР от 4 июня 1944 года посмертно удостоена звания Героя Советского Союза.

Изначально она была похоронена в братской могиле № 84 (район бывшей деревни Пичевка, ныне Локнянского района Псковской области). В 2013-2014 гг. это захоронение, вместе с останками Алии Молдагуловой, было перенесено на братское воинское захоронение в деревню Монаково (Новосокльнический район Псковской области).

В городах Актюбинск, Новосокольники и в родном ауле установлены памятники. На здании школы № 140 в Санкт-Петербурге и Авиационного колледжа в Рыбинске установлены мемориальные доски. Имя Героини присвоено теплоходу, о ней снят фильм и поставлен балет. В Москве её именем названа улица в Перовском районе. У Насвинской общеобразовательной школы установлен бюст.

В конце 1960-х гг. деревня Казачиха вошла в состав посёлка Насва. В 2015 году в 70-летию Победы на краю бывшей деревни Казачиха был установлен памятный знак, на котором изображена большая звезда на фоне которой снайперская винтовка, а также памятная табличка с фотографией Алии. Так же к 70-летию Победы на воинском мемориале в деревне Монаково был открыт новый памятник Алие Молдагуловой.

Награждена орденом Ленина (04.06.1944, посмертно).

Официальную версию гибели Алии, приведённую в наградном листе, поколебало в конце 1990-х годов прошлого века письмо её фронтовой подруги Зинаиды Поляковой и данные из книги "Новосокольники. Земля, опалённая войной", псковского краеведа Юрия Алексеева (издана в 2008 году):