Надежда Обухова родилась 6 марта 1886 года в городе Москва. Происходила из дворянской семьи. Детство провела в селе Хворостянка Липецкой области, в имении ее деда, одного из основателей воронежского отделения Русского музыкального общества А. С. Мазараки. В 1912 году окончила Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского и начала выступать как концертная певица.
В 1916 году Обухова дебютировала на оперной сцене в партии Полины в «Пиковой даме» П. И. Чайковского. Прочно закрепившись на оперной сцене, стала солисткой Большого театра, где проработала до 1943 года. Голос певицы, редкий по красоте и богатству тембра, отличался необычайно широким диапазоном: исполняла партии от контральтовых до высоких меццо-сопрановых. Артистический облик отличался сочетанием совершенного вокального мастерства с искренностью и благородством художественной интерпретации сценического образа, неповторимым обаянием.
Большое место в жизни Надежды Обуховой занимала концертная деятельность. Имела многогранный и разнообразный репертуар, в котором насчитывалось свыше трехсот романсов и песен, партии меццо-сопрано в Девятой симфонии Л. ван Бетховена, Первой симфонии А. Скрябина, Реквиеме В.А. Моцарта. Гастролировала в Казани, Харькове, Минске, Саратове, Горьком, Иваново, Ярославле.
В годы Великой Отечественной войны Надежда Андреевна оставалась в Москве и продолжала выступления, в том числе и на Всесоюзном радио. Участвовала в записи опер «Пиковая дама», «Князь Игорь» и «Снегурочка».
Надежда Андреевна Обухова скончалась 14 августа 1961 года в Феодосии. Похоронена на Новодевичьем кладбище.
Заслуженная артистка Республики (1928)
Народная артистка РСФСР (1933)
Народная артистка СССР (1937)
Сталинская премия первой степени (1943) - за выдающиеся заслуги в области театрально-вокального искусства
Орден Ленина (1937)
Два ордена Трудового Красного Знамени (1951, 1961)
Медаль «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.»
Медаль «В память 800-летия Москвы»
«Борис Годунов» М. П. Мусоргского - Марина Мнишек
«Хованщина» М. П. Мусоргского - Марфа
«Князь Игорь» А. П. Бородина - Кончаковна
«Майская ночь» Н. А. Римского-Корсакова - Ганна
«Снегурочка» Н. А. Римского-Корсакова - Весна
«Садко» Н. А. Римского-Корсакова - Любава
«Царская невеста» Н. А. Римского-Корсакова - Любаша
«Кащей Бессмертный» Н. А. Римского-Корсакова - Кащеевна
«Сказка о царе Салтане» Н. А. Римского-Корсакова - Ткачиха
«Мазепа» П. И. Чайковского - Любовь
«Пиковая дама» П. И. Чайковского - Полина
«Любовь к трём апельсинам» С. С. Прокофьева - Клариче
«Кармен» Ж. Бизе - Кармен
«Аида» Дж. Верди - Амнерис
«Самсон и Далила» К. Сен-Санса - Далила
«Иоланта» П. И. Чайковского - Лаура
«Золото Рейна» Р. Вагнера - Эрда
«Демон» А.Г. Рубинштейна - Ангел
«Валькирия» Р. Вагнера - Фрикка
В Москве, на доме в Брюсовом переулке, где с 1936 по 1961 год жила певица, установлена мемориальная доска
С 2004 года в Липецке проходит Всероссийский конкурс-фестиваль молодых вокалистов имени Н. Обуховой
В её честь названы астероид (9914) «Обухова» и кратер «Обухова» на Венере
С 2011 года в Феодосии, где часто отдыхала певица стартовал Первый Открытый «Фестиваль-Конкурс» вокального искусства посвящённый жизни и творчеству Н. А. Обуховой, в основе которого лежит пропаганда русской вокальной школы. Основателем фестиваля является заслуженный артист Крыма Е. Заславский. Фестиваль стал ежегодным, и каждый год собирает исполнителей академического вокала из разных городов и стран