Почитается старообрядческой церковью как святая.
Дочь окольничего Прокопия Фёдоровича Соковнина. Вероятнее всего, входила в число придворных, сопровождающих царицу. В 17 лет вышла замуж за Глеба Ивановича Морозова, представителя рода Морозовых, родственников правящей семьи Романовых, царского спальника и дядьку царевича, владельца усадьбы Зюзино под Москвой. Брат Глеба Ивановича, Борис Иванович Морозов, владелец огромного состояния, умер бездетным в 1662 году, оставив наследство Глебу Морозову. Вскоре умирает и Глеб Иванович и совокупное состояние обоих братьев номинально достаётся малолетнему сыну Глеба и Феодосии Морозовых — Ивану Глебовичу.
Фактически же наследством своего малолетнего сына распоряжалась боярыня Морозова. В одном из многочисленных имений Морозовых — подмосковном селе Зюзино, была обустроена по западному образцу одной из первых в России роскошная усадьба. При царском дворце Феодосия занимала чин верховой боярыни, была приближённой царя Алексея Михайловича. По воспоминаниям современников «Дома прислуживало ей человек с триста. Крестьян было 8000; другов и сродников множество много; ездила она в дорогой карете, устроенной мозаикою и серебром, в шесть или двенадцать лошадей с гремячими цепями; за нею шло слуг, рабов и рабынь человек сто, оберегая ее честь и здоровье».
Боярыня Морозова была противницей реформ патриарха Никона, тесно общалась с апологетом старообрядчества — протопопом Аввакумом. Феодосия Морозова занималась благотворительностью, принимала у себя в доме странников, нищих и юродивых. Оставшись в тридцать лет вдовой, она «усмиряла плоть», нося власяницу. Однако Аввакум попрекал молодую вдову, что она недостаточно «смиряет» свою плоть и писал ей «Глупая, безумная, безобразная выколи глазища те свои челноком, что и Мастридия» (призывая по примеру преподобной Мастридии, чтобы избавиться от любовных соблазнов, выколоть себе глаза). Домашние молитвы Морозова совершала «по древним обрядам», а её московский дом служил пристанищем для гонимых властью староверов. Но поддержка ею старообрядчества, судя по письмам Аввакума, была недостаточной: «Милостыня от тебя истекает, яко от пучины морския малая капля, и то с оговором».
Академик А. М. Панченко, исследуя письма Морозовой к Аввакуму, пишет, что в них нет рассуждений о вере и считает, что Феодосия «не мрачная фанатичка, а хозяйка и мать, занятая сыном и домашними делами».
Царь Алексей Михайлович, всецело поддерживающий церковные реформы, пытался повлиять на боярыню через её родственников и окружение, а также отбирая и возвращая поместья из её вотчины. От решительных действий царя удерживало высокое положение Морозовой и заступничество царицы Марии Ильиничны. Феодосия Морозова неоднократно присутствовала в «новообрядной церкви» на богослужении, что старообрядцами рассматривалось, как вынужденное «малое лицемерие». Но после тайного пострига в монахини под именем Феодоры, состоявшегося в конце декабря 1670 года или, согласно старообрядческим преданиям, 6 (16) декабря 1670 года, Морозова стала удаляться от церковных и светских мероприятий.
Под предлогом болезни она 22 января (1 февраля) 1671 года отказалась от участия в свадьбе царя Алексея Михайловича и Натальи Нарышкиной. Отказ вызвал гнев царя, он направил к ней боярина Троекурова с уговорами принять церковную реформу, а позднее и князя Урусова, мужа её сестры. Морозова обоим ответила решительным отказом.
В ночь на 16 (26) ноября или 14 (24) ноября 1671 года в дом Морозовой по приказу царя пришёл архимандрит Чудова монастыря Иоаким (впоследствии Патриарх Московский) и думный дьяк Иларион Иванов. Они провели допрос Феодосии и её сестры (чтобы выказать своё презрение к пришедшим они легли в постели и лежа отвечали на вопросы). После допроса сестёр заковали в кандалы, но оставили под домашним арестом. 17 (27) ноября или 18 (28) ноября 1671 года Феодосия была перевезена в Чудов монастырь, откуда после допросов её перевезли на подворье Псково-Печерского монастыря. Однако, несмотря на строгую стражу, Морозова продолжала поддерживать общение с внешним миром, ей передавали еду и одежду. В заключении она получала письма от протопопа Аввакума и смогла даже причаститься у одного из верных старой вере священников. Вскоре после ареста Феодосии скончался её сын Иван. Имущество Морозовой было конфисковано в царскую казну, а двое её братьев сосланы.
Патриарх Питирим просил царя за сестёр: «Я советую тебе боярыню ту Морозову вдовицу, кабы ты изволил опять дом ей отдать и на потребу ей дворов бы сотницу крестьян дал; а княгиню тоже бы князю отдал, так бы дело то приличнее было. Женское их дело; что они много смыслят!». Но царь, называя Морозову «сумосбродной лютой», ответил патриарху, что «много наделала она мне трудов и неудобств показала» и предложил ему самому провести допрос боярыни. Патриарх в присутствии духовных и гражданских властей беседовал с Феодосией в Чудовом монастыре. Решив, что она больна (боярыня не хотела стоять перед патриархом и весь допрос висела на руках стрельцов), попытался помазать её освящённым маслом, но Феодосия воспротивилась. Боярыню вернули под арест.
В конце 1674 года боярыня Морозова, её сестра Евдокия Урусова и их сподвижница жена стрелецкого полковника Мария Данилова были приведены на Ямской двор, где пытками на дыбе их пытались переубедить в верности старообрядчеству. Согласно житию Морозовой, в это время уже был готов костёр для её сожжения, но Феодосию спасло заступничество бояр, возмущённых возможностью казни представительницы одного из шестнадцати высших аристократических семейств Московского государства. Также за Феодосию заступилась сестра царя Алексея Михайловича царевна Ирина Михайловна.
По распоряжению Алексея Михайловича она сама и её сестра, княгиня Урусова, высланы в Боровск, где были заточены в земляную тюрьму в Пафнутьево-Боровском монастыре, а 14 их слуг за принадлежность к старой вере в конце июня 1675 года сожгли в срубе. Евдокия Урусова скончалась 11 (21) сентября 1675 года от полного истощения. Феодосия Морозова также была уморена голодом и, попросив перед смертью своего тюремщика вымыть в реке свою рубаху, чтобы умереть в чистой сорочке, скончалась 2 (12) ноября 1675 года.
Картина В. И. Сурикова «Боярыня Морозова» написана в 1887 году. Картина обладает единым композиционным центром в лице боярыни Морозовой. Её образу художником приданы неистовые черты: поднятая в двуперстном сложении по старообрядческому канону рука — призыв к народу стоять за старую веру, бескровное фанатичное лицо, суровые прощальные слова к толпе — все отражает сказанное о ней Аввакумом: «Кидаешься ты на врага, аки лев». Боярыня изображена одетой в широкую чёрную бархатную шубу, оттеняющую бледность её лица. Хотя некоторые персонажи на картине просто любопытствуют, а отдельные и вовсе глумятся, в общем образ Морозовой на картине предстает победоносным: большая часть народа смотрит на неё с благоговением и кланяется ей, а сама она выражает готовность идти до конца за свои убеждения.
В 2006 году Родионом Щедриным закончена работа над хоровой оперой «Боярыня Морозова». Мировая премьера оперы планировалась в Германии в 2007 году, но перенесена на 30 октября 2006 года в московский Большой зал консерватории. Основу либретто составили тексты «Жития протопопа Аввакума» и «Жития боярыни Морозовой». Телевизионная премьера оперы состоялась 22 декабря 2006 года на телеканале «Культура».