Лидия Федосеева родилась в Ленинграде в 1938 г. Об актерской карьере она мечтала с самого детства, посещая драмкружок при Доме кино и выступая в детских спектаклях. В одной из таких постановок ее заметил режиссер Анатолий Граник и пригласил ее на эпизодическую роль в фильм «Максим Перепелица». Еще один эпизод достался юной актрисе в фильме «Два капитана». После этого она уже не сомневалась в том, чем будет заниматься в будущем. В 1957 г. Федосеева приехала в Москву и поступила во ВГИК на курс Сергея Герасимова и Тамары Макаровой. Еще во время учебы она снялась в фильме «Сверстницы», который принес ей первую популярность.
Настоящий успех пришел к актрисе после знакомства с Василием Шукшиным, с которым она впервые встретилась на съемках фильма «Какое оно, море?» Их семейный союз стал и успешным творческим тандемом, в котором оба стали настоящими звездами. Актриса выполняла любые задачи, поставленные мужем-режиссером и, хотя всю жизнь провела в городе, без труда перевоплощалась в простых деревенских женщин, понятных каждому зрителю.
Их совместные работы с Василием Шукшиным стали ее звездным часом. После гибели мужа она продолжала сниматься в кино, но такой оглушительной популярности у нее уже не было. Она взяла двойную фамилию – Федосеева-Шукшина – после скоропостижной кончины супруга, и всегда вспоминала о нем как о самом главном человеке в своей жизни.
Лидия Федосеева-Шукшина сыграла более 100 ролей в театре и в кино, из которых самыми заметными стали ее образы в фильмах «Калина красная», «12 стульев», «Виват, гардемарины!», «Хождение по мукам», «Вам и не снилось» и «Петербургские тайны». До середины 2000-х гг. она продолжала активно сниматься в кино, а потом неожиданно пропала с экранов, хотя предложения от режиссеров ей продолжали поступать. Дело в том, что в это время актриса все свои силы отдавала работе в фонде памяти Василия Шукшина, а в 2005 г. она к тому же стала президентом кинематографического фестиваля «Виват, кино России!»
Актриса несколько раз выходила замуж. До встречи с Шукшиным она была женой украинского артиста Вячеслава Воронина, в браке с которым родила дочь Анастасию. Их союз не выдержал испытания на прочность расстоянием – муж оставался в Киеве, к тому же каждый был занят своей карьерой. Следующие 10 лет своей жизни актриса провела вместе с Василием Шукшиным. У них родилось двое дочерей – Мария и Ольга. Обе они пошли по стопам родителей, но спустя годы Ольга решила посвятить свою жизнь Богу и 15 лет провела в монастыре. Об этом же пути задумывалась и Лидия Федосеева-Шукшина. После смерти мужа она и сама не чувствовала себя живой – много болела, долго пребывала в депрессии. Говорила близким, что для нее все кончено. Монастырь тогда казался ей единственным возможным путем в будущем.
От этих мыслей актрису отвлек Сергей Никоненко, который уговорил ее сняться в фильме «Трын-трава». Он считал, что никто, кроме нее, не справится с этой ролью, и несмотря на ее категорический отказ, не отступил. Позже Федосеева-Шукшина его за это благодарила, утверждая, что он вернул ее к жизни и спас от неправильного выбора. Ведь ей нужно было растить двух дочерей, и мысли о монастыре пришлось оставить.
У актрисы сложились непростые отношения с дочерью от первого брака – Анастасия росла с отцом, впервые увидела мать в 5 лет и на протяжении долгих лет не поддерживала с ней связи – свекровь пыталась оградить ребенка от общения со «звездной мамой». «Мы просто вообще друг друга не знаем. Мне иногда кажется, что она обижена на моего папу, но я не понимаю, при чем здесь я», – говорит Анастасия. В 1990-х гг. она 3 года провела в тюрьме за хранение наркотиков. С младшей дочерью Ольгой у Федосеевой-Шукшиной тоже не было близких отношений. После ссоры с мужем она вместе с сыном уехала в монастырь, объяснив это тем, что нуждается в тишине и спокойствии. В 2013 г. Ольга вернулась к мирской жизни, но связи с матерью так и не удалось наладить. Недавно у них разгорелся конфликт из-за дележа недвижимости, оставшейся в наследство от Шукшина.
После смерти мужа в 1974 г. актриса не раз пыталась устроить свою личную жизнь, но ее браки с оператором Михаилом Аграновичем и польским художником Мареком Межеевским были непродолжительными. Ее близкие утверждали, что ей так и не удалось забыть Василия Шукшина.
В конце концов она решила уйти из кино и полностью посвятить себя заботам о сохранении наследия Василия Шукшина. В последние годы состояние здоровья знаменитой артистки резко ухудшилось, она перенесла несколько операций и редко выходит из дома из-за аритмии и сахарного диабета.
Когда ей задают вопросы о том, что дает ей силы стойко переносить все испытания, выпавшие на ее долю, актриса отвечает: «Я – русская женщина, умею терпеть. Вера, надежда, любовь – вот что свойственно мне и любой русской женщине».