Родилась 17 сентября 1783 (а не в 1789 или 1790 г., который обыкновенно указывают её биографы, основываясь на её же «Записках». Возраст она себе уменьшила, так как казакам, где она служила, полагалось носить бороду и ей пришлось выдать себя за 14-летнего юношу) в Киеве от брака гусарского ротмистра Дурова с дочерью малороссийского помещика Александровича (одного из богатейших панов Малороссии), вышедшей за него против воли родителей. У Надежды был младший брат.
Дуровы с первых дней должны были вести скитальческую полковую жизнь. Мать, страстно желавшая иметь сына, возненавидела свою дочь. И однажды когда годовалая Надежда долго плакала в карете, она выхватила её из рук няни и выбросила в окно. Окровавленного младенца подобрали гусары. Отец после этого отдал Надежду на воспитание гусару Астахову. «Седло, — говорит Дурова, — было моею первою колыбелью; лошадь, оружие и полковая музыка — первыми детскими игрушками и забавами». В такой обстановке ребенок рос до 5 лет и усвоил себе привычки и наклонности резвого мальчика.
В 1789 отец подал в отставку и получил место городничего в городе Сарапуле Вятской губернии. И она опять стала воспитываться матерью. Мать стала приучать её к рукоделию, хозяйству, но у нее ничего не получалось путного и поэтому это ей не нравилось, и она втихомолку продолжала проделывать «военные штуки». К тому же она была некрасивая, с оспинами по всему лицу и смуглая, что в то время считалось большим недостатком. Когда она подросла, отец подарил ей черкесского коня Алкида, езда на котором скоро стала её любимым занятием.
Восемнадцати лет была выдана замуж за судебного заседателя Василия Степановича Чернова, и через год у неё родился сын Иван (об этом в «Записках» Дурова не упоминает). К сыну, как и её мать к ней, она не питала ни каких чувств. И влюбившись в казачьего есаула, ускакала с ним на Алкиде в 1806 году вслед за полком, переодевшись в казачье платье.
Некоторое время Дурова жила со своим есаулом под видом денщика. Но, через некоторое время покинула его. Шесть лет, когда происходили эти события она вычеркнула из своей жизни, написав в книге что она родилась на шесть лет позже. Так как казаки обязаны были носить бороды и рано или поздно она была бы разоблачена, она добралась до кавалерийского Каннопольского уланского полка (где бород не носили) и попросилась на службу, назвавшись Александром Васильевичем Соколовым сыном помещика. В полку удивились, что дворянин носит казачий мундир, но поверив её рассказам, зачислили в полк товарищем (чин рядовых дворянского происхождения).
Она участвовала в битвах при Гутшадте, Гейльсберге, Фридланде, всюду обнаруживала храбрость. За спасение раненого офицера в разгар сражения была награждена солдатским Георгиевским крестом и произведена в унтер -офицеры. Поразительно, но участвуя в сражениях, она ни разу не пролила чужую кровь.
Её конь Алкид, неоднократно спасал её жизнь и для неё стало страшным потрясением нелепая его смерть. Застоявшись в стойле, он стал прыгать через плетни и распорол себе брюхо одним из колов.
Она находилась в Тильзите, когда там подписывался Тильзитский мир и влюбилась в Александра I. Выдало её письмо отцу, написанное перед сражением, в котором она просила прощения за причинённую боль. Отец задействовав все свои связи разыскал её и потребовал вернуть в родительский дом. Это письмо живший в столице дядя показал знакомому генералу, и вскоре слух о кавалерист-девице дошёл до Александра I. В полку её лишили оружия и свободы передвижения и отправили с сопровождением в Санкт-Петербург, где её сразу принял Александр I.
Император, пораженный самоотверженным желанием женщины служить родине на военном поприще, разрешил ей остаться в армии. А чтобы родня больше не смогла её найти, перевёл её в Мариупольский гусарский полк в чине подпоручика под именем Александрова Александра Андреевича, производным от его собственного, и разрешил обращаться к нему с просьбами.
Но, вскоре Надежде пришлось перевестись из гусар опять в уланы, так как командир полка был очень недоволен, что Александр Андреевич никак не сделает предложение его дочери, в него влюблённой.
Вскоре после этого Дурова уехала в Сарапул к отцу, прожила там более двух лет и в начале 1811 вновь явилась в полк (Литовский уланский полк).
В Отечественную войну она командовала полуэскадроном. Участвовала в сражениях под Смоленском, Колоцким монастырем, при Бородине защищала Семеновские флеши, где была контужена ядром в ногу, и уехала для лечения в Сарапул. Позднее была произведена в чин поручика, служила ординарцем у Кутузова, который знал кто она.
В мае 1813 она снова появилась в действующей армии и приняла участие в войне за освобождение Германии, отличившись при блокаде крепости Модлина и взятии города Гамбурга.
В 1816, уступив просьбам отца, она вышла в отставку в чине штабс-ротмистра и пенсионом и жила то в Сарапуле, то в Елабуге. Ходила она постоянно в мужском костюме, все письма подписывала фамилией Александров, сердилась, когда обращались к ней, как к женщине, и вообще отличалась, с точки зрения своего времени, большими странностями.
Остаток жизни Дурова провела в маленьком домике в городе Елабуге в окружении лишь своих многочисленных подобранных собак и кошек. Она жила у младшего брата.
Умерла Надежда Андреевна 21 марта (2 апреля) 1866 в Елабуге Вятской губернии в возрасте 82 лет, похоронена на Троицком кладбище. Она завещала отпевать себя, как раба Божьего Александра, но священник нарушать церковные правила не стал. При погребении ей были отданы воинские почести.
Записи в метрических книгах Вознесенского собора города Сарапула сохранили свидетельства о её венчании и крещении сына. Сын Дуровой — Иван Васильевич Чернов, был определён на учёбу в Императорский Военно-сиротский дом, откуда был выпущен в чине 14-го класса в возрасте 16 лет по состоянию здоровья.
Однажды он присылал матери письмо, спрашивая её благословения на брак. Увидев обращение «маменька», она, не читая, бросила письмо в огонь. И только после того, как сын прислал письмо с просьбой к Александру Андреевичу, она написала, «благославляю».
Коллежский советник Иван Васильевич Чернов был в 1856 году похоронен на Митрофаньевском кладбище — он скончался на 10 лет раньше своей матери на 53-м году жизни. Женой его, вероятно, была Анна Михайловна, урожденная Бельская, скончавшаяся в 1848 году в возрасте 37 лет.
Сотрудниками Музея-усадьбы Н. А. Дуровой были установлены связи с прямыми потомками её брата Василия, живущими во Франции.
Дурова с Пушкиным познакомилась через своего брата Василия. Однажды Василий привел Пушкина в восторг своим наивным цинизмом и несколько дней Пушкин не мог оторваться от разговора с ним и в итоге после проигрыша в карты довез его с Кавказа до Москвы. Василий был помешан на одном пункте — ему непременно нужно было иметь сто тысяч рублей. Однажды он прислал Пушкину мемуары сестры (с тоски стала писать) и Пушкин оценил оригинальность этих записок.
В «Современнике» (1836, № 2) были напечатаны её мемуары (впоследствии вошедшие в её «Записки»). Пушкин глубоко заинтересовался личностью Дуровой, писал о ней хвалебные, восторженные отзывы на страницах своего журнала и побуждал её к писательской деятельности. В том же году (1836) появились в 2-х частях «Записки» под заглавием «Кавалерист-Девица». Прибавление к ним («Записки») вышло в 1839. Они имели большой успех, побудивший Дурову к сочинению повестей и романов. С 1840 года она стала печатать свои произведения в «Современнике», «Библиотеке для чтения», «Отечественных записках» и др. журналах; затем они появлялись и отдельно («Гудишки», «Повести и рассказы», «Угол», «Клад»). В 1840 году вышло собрание сочинений в четырёх томах.
Одна из главных тем её произведений — раскрепощение женщины, преодоление разницы между общественным статусом женщины и мужчины. Все они в своё время читались, вызывали даже хвалебные отзывы со стороны критиков, но сейчас литературного значения не имеют и останавливают внимание только своим простым и выразительным языком.
Считается, что Надежда Дурова послужила прототипом Шурочки Азаровой — героини пьесы Александра Гладкова «Давным давно» и фильма Эльдара Рязанова «Гусарская баллада». Однако сам автор опровергает это (см. «Давным-давно»)