Актриса, народная артистка РСФСР Лидия Николаевна Федосеева-Шукшина родилась 25 сентября 1938 года в Ленинграде, в семье фронтовика Николая (умер после войны) и Зинаиды Федосеевых. Была старшей из троих детей, младшие братья Анатолий и Герман умерли. 

Занималась в драмкружке Дома кино.

В 1964 году окончила ВГИК (ныне Всероссийский государственный университет кинематографии имени С.А. Герасимова), училась у Сергея Герасимова и Тамары Макаровой.

В кино – с 1955 года, первой ролью артистки была лаборантка в фильме режиссера Анатолия Граника "Максим Перепелица". Первую главную роль Лидия Федосеева сыграла в фильме "Сверстницы" (1959).

На съёмочной площадке фильма 1964 года «Какое оно, море?» Лидия познакомилась со своим будущим мужем – писателем, актёром и режиссёром Василием Шукшиным, за которого она вышла замуж в том же году. В полной мере талант актрисы раскрылся в его фильмах, в которых она сыграла народных героинь – простых русских женщин, искренних и доверчивых, наделенных внутренней силой. Таковы Нюра в картине "Печки-лавочки" (1972) и Люба Байкалова в драме "Калина красная"(1973).

После смерти Шукшина в 1974 году Лидия Федосеева взяла двойную фамилию – Федосеева-Шукшина. В кинолентах 1970-х годов актриса продолжила образную линию шукшинских героинь, сыграв главные роли в фильмах "Трын-трава" (1976) Сергея Никоненко и "Позови меня в даль светлую"(1977) Станислава Любшина и Германа Лаврова.

Федосеева-Шукшина много снималась в исторических фильмах: "Юность Петра" (1980), "Демидовы" (1983), "Виват, гардемарины" (1991), "Петербургские тайны" (1994-1998), "Графиня Шереметева" (1994), "Князь Юрий Долгорукий" (1998) и др. Запоминающимися были ее роли экранизациях "Мертвые души" (1984) и "Вечера на хуторе близ Диканьки" (2001) по Николаю Гоголю, "Маленькие трагедии" (1979) по Александру Пушкину, "Хождение по мукам" (1977) по Алексею Толстому, "Крейцерова соната (1987) по Льву Толстому и другие.

Она играла в польских кинолентах "До последней капли крови" (1979) и "Баллада о Янушике" (1987).

Популярностью у зрителей пользуются работы актрисы в картинах "12 стульев (1976), "Вам и не снилось" (1980), "Любовь с привилегиями" (1989) и другие. Лидия Федосеева-Шукшина также играла главные роли в сериалах "Террористка Иванова" (2009), "Сердце матери" (2010), "Женить миллионера!" (2010), "Секс, кофе, сигареты" (2013), "Линия Марты" (2014), "МакМафия" (2018-2020).

Всего на ее счету свыше 90 ролей в кино.

В 1974-1993 годах актриса работала в Театре-студии киноактера (с 2019 года – Центр театра и кино под руководством Никиты Михалкова).

с 1992 года – Государственный театр киноактера).

В 2005-2014 годах была президентом Всероссийского кинофестиваля "Виват, кино России!".

В 1984 году актриса удостоена звания народной артистки РСФСР. Она награждена орденом "За заслуги перед Отечеством" IV степени (1998) за большой личный вклад в развитие киноискусства.

Лидия Федосеева-Шукшина была замужем несколько раз – официально и неофициально.

От первого брака с актером Вячеславом Ворониным (1934-2016), заслуженным артистом Украины, у актрисы есть дочь Анастасия Воронина-Франсишку (род. 1960), была замужем за начальником контрразведки Анголы генерал-майором Нелсоном Франсишку. Внучка – Лаура, правнук Мартин.

От брака с Василием Шукшиным (1929-1974),  писателем, кинорежиссёром, актёром, сценаристом; заслуженным деятелем искусств РСФСР (1969), лауреатом Государственной премии СССР (1971) и Ленинской премии (1976, посмертно), у нее две дочери – Мария и Ольга. Мария, окончив Институт иностранных языков, стала известной киноактрисой и телеведущей,  заслуженная артистка РФ (2008). У нее – четверо детей: дочь Анна Трегубенко (род. 1989) и три сына – Макар Касаткин (1997), Фома и Фока Вишняковы (2005). Анна и Макар имеют уже собственных детей.

Ольга окончила ВГИК, снималась в нескольких фильмах, родила сына – Василия Шукшина, он учился в МГУ на экономическом факультете.

Третьим мужем Федосеевой-Шукшиной был Михаил Агранович (1946 г.р.), кинооператор, режиссёр, заслуженный деятель искусств РСФСР (1992), в браке – 1975-1984, четвёртым – Марек Межеевский, польский художник, был младше Федосеевой на 16 лет (1984-1988). Кроме того, она жила с продюсером Бари Алибасовым (род. 1947), музыкантом, продюсером, заслуженным артистом РФ (1999), (в официальном браке с 2018 по 2021 годы).

В январе 2022 года в СМИ появилась информация о том, что Федосеева-Шукшина находится в городском пансионате для пожилых людей «Идиллия».