Надежда Петровић је рођена у Чачку 1873. године, као ћерка трговца Диме и Милеве Петровић. Њена породица је била пореклом из Херцеговине, а у Чачак се доселила из Госпеса близу Ресена. Њен отац је био даровит за сликарство и учио је код Стеве Тодоровића. Њена мајка је била сестричина Светозара Милетића, вође српског народног покрета у Војводини. Надежда је имала деветоро браће и сестара, од којих су неки били познати као књижевници, новинари, лекари и политичари. Њен најмлађи брат је био Растко Петровић, један од најзначајнијих српских писаца 20. века.
Надежда је показала рано интересовање за сликарство и образовање. Завршила је основну школу у Чачку, а Вишу женску школу у Београду. Била је једна од првих Српкиња које су студирале на Лицеју, где је полагала испит за наставницу цртања. Наставила је школовање у Минхену, где је похађала атељее Антона Ажбеа и Јулијуса Екстера, два позната сликара и педагога. Она је упознала и дружила се са многим уметницима из разних земаља, као што су Климт, Кандински, Кубишта и други. Усвојила је и развила свој стил сликања, који је био под утицајем импресионизма и фовизма. Она је сликала пејзаже, портрете, мртву природу и алегоријске сцене, користећи се живим и јарким бојама и слободним потезима четкице. Излагала је своја дела на многим изложбама у Минхену, Бечу, Паризу, Загребу, Софији и другим градовима. Она је била призната и цењена као једна од најбољих српских и југословенских сликара свог времена.
Од 1903. године, учешћем у оснивању организације “Коло српских сестара“ и ношењем хуманитарне помоћи у крајеве неослобођене од Турске, Надежда започиње свој друштвени ангажман.
Дубоко одана свом роду међу првима је постала чланица Народне одбране, патриотског друштва чији је циљ био помагање Србима који су још били под турском влашћу.
Од 1904. године ангажује се у домовини око Прве југословенске уметничке изложбе, оснивања Ладе и Прве југословенске уметничке колоније. Писала је ликовне критике.
Она се дивила радовима француског импресионисте Монеа, као и дометима Беклина, Удеа, Цигела и Коринта. Посетила је Рим 1907. и боравила у Француској 1910-1912. Током боравка у Паризу поред уметничког рада говорила је Пацифичком новинарском друштву о страдању и патњи српског народа под турском окупацијом.
До 1912. године излагала је на многобројним изложбама: Изложба Ладе; Изложба југословенске колоније 1907; Изложба српског уметничког удружења 1908; Друга самостална изложба у Љубљани 1910; исте године у Паризу на Јесењем салону и у Загребу у оквиру групе Медулић; наредне 1911. године излагала је у српском павиљону на Међународној изложби у Риму, на Салону интернационалне уније и Јесењем салону у Паризу. У Београду је 1912. године отворила сликарску школу и учествовала на четвртој југословенској изложби.
Отац јој је умро априла 1911, а мајка 1912. године. Њихову смрт је тешко поднела. У Првом балканском рату учествује као добровољна болничарка на фронту. Са српском војском је поново 1913. и 1914. године.
Умрла је у Ваљеву 3. априла 1915. године, од пегавог тифуса, била је на дужности добровољне болничарке. Епидемија у Ваљеву је однела животе и лекарима Драгињи Бабић, Селимиру Ђорђевићу и другима.