Дочь боярина Богдана Юрьевича Сабурова. Происходила из рода, откуда была выбрана Соломония Сабурова, первая жена Василия III, деда её будущего мужа. Имела двух братьев, Михаила и Ивана, и родную сестру, Домну Богдановну Ноготкову, которая была теткой Ксении Годуновой и в Смутное время находилась с ней в переписке.
В 1571 году царь Иван Грозный устроил смотр невест для выбора себе третьей супруги. Евдокия была одной из участниц, и хотя царицей стала Марфа Собакина, руку Сабуровой отдали царевичу Ивану.. Свадьба состоялась 4 ноября того же года в Троицком соборе города Александрова, шестью днями позже свадьбы отца и Собакиной.
Как отмечают историки, эта свадьба была выигрышем для рода Годуновых, поскольку Сабуровы находились с ними в тесном родстве.
Пострижена в монастырь в 1572 году под именем Александры, как считается, из-за бездетности, как и её тетка Соломония. Как и бывшую великую княгиню, её младшую родственницу ссылают в Покровский монастырь города Суздаля, где с 1579 года к ней присоединится Параскева Соловая, вторая жена царевича Ивана, не сумевшая родить ему ребенка за четыре года брака.
Вопрос, была ли пострижена ли Евдокия именно из-за бездетности, смутен: в отличие от Параскевы, которой дали четыре года, за которые она очевидно не смогла зачать, Евдокия была замужем около года, а этот период считается недостаточным, чтобы убедиться в бесплодности женщины. Предполагают, что вскоре после свадьбы невестка по какой-то причине стала неугодна свекру, царю Ивану, и он приказал её сослать, несмотря на то, что сам царевич жену любил. «Нить, связывавшая Сабуровых и Годуновых с царской семьей, оборвалась», после чего Борис Годунов, приложив усилия, обручил с другим сыном Грозного, царевичем Фёдором, свою сестру Ирину.
Проведя несколько десятилетий в стенах Покровского монастыря, Евдокия там же скончалась и была похоронена в юго-восточном углу Покровского собора (захоронение № 5).
В 1972 году в соборе производились раскопки, в результате которых могила была вскрыта. Инокиня оказалась похороненой в дубовой колоде ладьевидной формы. Извлеченный оттуда саван Евдокии Сабуровой был реставрирован в 1995 году, спустя 23 года после извлечения его из гробницы. Реконструкция его в цвете воссоздана И. Н. Калиновой. Саван представляет собой остатки итальянской (венецианской) шёлковой камки с крупным рапортом. В 1999 году состоялась передача савана из усыпальницы Покровского собора в фонды Суздальского музея.
В Музеях Московского Кремля хранится небольшая икона Владимирской Божьей Матери в драгоценном окладе, находившаяся в монастырской келье царевны.