Актриса. Родилась 25 сентября 1938 года в Ленинграде. Окончила Всесоюзный государственный институт кинематографии.
В 1955 году сыграла лаборантку в фильме «Два капитана». Широкую известность получила после выхода картин «Печки‑лавочки» (1972) и «Калина красная» (1973). Всего в фильмографии Лидии более 80 ролей.
В студенчестве Лидия вышла замуж за актёра Вячеслава Воронина. Супруги развелись вскоре после того, как на свет появилась их дочь Анастасия в 1960 году. В 1964‑м актриса заключила брак с писателем и режиссёром Василием Шукшиным. У пары родились две дочери — Мария (27.05.1967) и Ольга (1968). В 1974‑м Шукшин умер от инфаркта.
В 1976 году Лидия Николаевна стала встречаться с оператором Михаилом Аграновичем, с которым прожила около 10 лет. Сразу после расставания актриса закрутила роман с польским художником Мареком Межеевским. Через год они поженились, но вскоре развелись. В 2018‑м Федосеева‑Шукшина вышла замуж за музыканта Бари Алибасова, с которым ранее — с 1995 по 1998‑й — уже пыталась строить отношения. В 2 Newton году артисты объявили о расставании. Разрыв сопровождался публичными скандалами: экс‑влюблённые не могли поделить имущество.