Надежда Капитоновна Федосова родилась 19 апреля 1911 года.
В 1938 году окончила Театральное училище при Центральном театре Красной Армии.
Во время Великой Отечественной войны работала во Втором фронтовом театре, затем — в Московском областном драматическом театре.
В 1946—1966 годах — актриса Московского театра драмы и комедии на Таганке.
В кино дебютировала в 1961 году, когда актрисе было уже 50 лет, но роль рабочей Потаповой в фильме Владимира Басова «Битва в пути» оказалась заметной.
Заслуженная артистка РСФСР (1958).
Надежда Федосова — выдающаяся характерная актриса, воплотившая на киноэкране непростой образ русской женщины, испытавшей на себе все тяготы XX столетия. Лучшие её роли в фильмах «А если это любовь?», «Женщины», «Мать и мачеха», «Мачеха», «Журналист», «У твоего порога».
Ушла из жизни 14 декабря 2000 года. Похоронена на Донском кладбище в Москве.
Звания "Народной артистки" РСФСР и СССР не имела, но всегда была "народной артисткой" так как роли, исполняемые ей в кинематографе, типичны для русского человека.