Лидия Федосеева родилась в Ленинграде 25 сентября 1938 года, мать Зинаида, отец Николай-фронтовик, умер после войны. Была старшей из троих детей, младшие братья-Анатолий и Герман (умерли). С 1946 по 1956 год училась в 217 школе (б. Петришуле). Жила в Ленинграде в коммунальной квартире (улица Думская 5/22) возле Казанского собора. Занималась в драмкружке Дома кино под руководством М. Г. Дубровина. В 1964 году окончила Всесоюзный государственный институт кинематографии (актёрская мастерская Сергея Герасимова и Тамары Макаровой).

В 1974—1993 годах Лидия Николаевна работала в труппе Театра-студии киноактёра в Москве.

С 2005 года Лидия Федосеева-Шукшина — президент кинофестиваля «Виват кино России!».

Живёт на улице Бочкова, в четырёхкомнатной квартире Василия Шукшина.