Родилась 19 апреля 1911 г. в Москве.
В 1938 году окончила Театральное училище при Центральном театре Красной Армии.
1938 – 1942 – актриса Театра рабочей молодежи (впоследствии Театра им. Ленинского комсомола).
1942 – 1945 гг. – актриса Второго фронтового театра.
1945 – 1946 гг. – актриса Московского областного театра драмы и комедии.
1946 – 1966 гг. – актриса Московского театра драмы и комедии на Таганке.
После 1966 г. работала по договорам.
Выдающаяся характерная актриса, воплотившая на киноэкране 60-х годов непростой образ русской крестьянки, женщины, испытавшей на себе все тяготы ХХ столетия. Лучшие роли в фильмах: "А если это любовь?", "Женщины", "Мать и мачеха", "Журналист", "У твоего порога".
Кстати, в Московском областном театре драмы и комедии Надежда Федосова когда-то сыграла Комиссара в "Оптимистической трагедии". Можно лишь вообразить себе всю мощь этой работы, о которой сейчас почти ничего неизвестно.
В театре Надежда Федосова была ведущей актрисой, плотно занятой в репертуаре. Она оставила сцену после 20 лет работы на ней, не найдя "общего языка" с новым руководителем театра - Юрием Любимовым, переименовавшим его в Театр на Таганке. В те годы актриса снималась в кино много и плодотворно: "Битва в пути", "Свет далёкой звезды", "Твой современник", "Три дня Виктора Чернышёва", "Неуловимые мстители", "Первая любовь".
В кино дебютировала в 1961, когда актрисе было уже 50 лет, но роль рабочей Потаповой в фильме В.П. Басова «Битва в пути» — оказалась заметной.
"Только кино 60-х, с наивной жадностью и бесстрашием перебиравшее человеческие лица и упивавшееся их открывшимся многообразием, могло привести на экран такую актрису, как Надежда Федосова, - писали известные киноведы Вячеслав Шмыров и Евгений Марголит. - Её героини были подчас полярно противоположны друг другу. Труженицы, матери-героини и "злобные мещанки", калечащие жизнь и своим, и чужим детям. Но при более пристальном рассмотрении обнаруживалось, что и те, и другие в исполнении Федосовой - варианты одной и той же судьбы. Судьбы женщины в России ХХ века, как правило, к ней немилосердного. И лицо матери Ксении в принёсшем актрисе известность фильме "А если это любовь?" - женщины, готовой сходу поверить гнусной сплетне о собственной дочери, - каменело точно так же, как и лицо другой Матери - уже с большой буквы - в одном из лучших фильмов 60-х о войне "У твоего порога", когда героиня Федосовой во время боя подносила снаряд последнему уцелевшему солдату из артиллерийского расчёта. Это было лицо Родины-Матери, но вынести её немигающий взгляд было трудно, а подчас - и страшно..."
Кино 70-х тоже "не выдержало взгляда" Надежды Федосовой. Её перестали снимать. Личная скромность самой актрисы, наверное, только способствовала этому. Она даже не была членом Союза кинематографистов, а единственное почётное звание получила в 1952 г., то есть до своей первой работы в кино и почти за 50 лет до кончины.
Умерла 14 декабря 2000 г. в Москве, в возрасте 89 лет.
Похоронена на Донском кладбище.