Дочь Николая Борисовича Юсупова, последнего представителя рода князей Юсуповых по мужской линии. Она вышла замуж за графа Феликса Сумарокова-Эльстона, которому после свадьбы высочайшим указом было пожаловано право именоваться двойным титулом — князем Юсуповым, графом Сумароковым-Эльстоном.
Будучи ведущей фигурой в предреволюционном светском обществе, княгиня Юсупова прославилась не только красотой, но и щедростью гостеприимства. Известны её салонные портреты кисти В. А. Серова, а также парадный портрет Франсуа Фламана, на котором она изображена со знаменитой жемчужиной «Пеллегрина».
В последние годы перед революцией она стала серьёзным критиком императрицы Александры Федоровны из-за увлечения императрицы Распутиным.
Её старший сын Николай был убит на дуэли в 1908 году, это событие вызвало нервное расстройство и бросило тень на всю оставшуюся часть её жизни. Младший сын Феликс породнился с императором Николаем II, взяв в жёны его племянницу Ирину; также известен участием в убийстве Распутина.
После революции они с мужем жили в Риме. После его смерти она переехала в Париж, к сыну и его жене, где умерла в 1939 году. Похоронена на русском кладбище Сен-Женевьев-де-Буа рядом с сыном, невесткой и внучкой.