El suceso, por el que los agentes han detenido a un varón de 37 años como "sospechoso de asesinato", se produjo en el barrio de Croydon, en el sur de la capital.
La Policía Metropolitana de Londres señaló que el ataque se produjo en la madrugada del sábado, sobre las 02.30 GMT, y que el servicio de ambulancias tuvo que desplazarse hasta el lugar, en el que la víctima permanecía con una parada cardíaca.
Pese a los esfuerzos del personal sanitario por reanimarla, la mujer falleció en ese lugar, donde también nació el bebé, que fue inmediatamente trasladado a un hospital, donde se encuentra luchando por su vida.
"Estamos ante un incidente horrendo en el que una joven madre ha perdido la vida y su hijo está en un estado crítico", declaró el inspector jefe Mick Norman, a cargo de la investigación.
La policía ha desplegado un gran operativo en la escena del crimen y ha pedido a los vecinos que se pongan en contacto con el cuerpo en caso de que sientan cualquier preocupación o dispongan de información que pudiera ser relevante para esclarecer el suceso.
Norman afirmó que los agentes tratan de "comprender qué ha sido exactamente lo que ha derivado en estas trágicas circunstancias" y aseguró que la policía está haciendo "todo lo posible para poder establecer los hechos".