Nació el 8 de junio de 1982 en Moscú en una familia de deportistas. Su padre era lanzador de martillo y madre, medallista de bronce de los Juegos Olímpicos de 1976 en Montreal en carrera de relevos de 400 metros. A la edad de ocho años Nadezhda empezó a practicar tenis.
En 1998 salió ganadora del Abierto de Francia entre juniors. En 1999 se hizo tenista profesional y ya ese año entró en el ranking de la primera centena de raquetas del mundo.
Nadezhda Petrova ganó cuatro torneos WTA en pruebas individuales: Linz (2005), Doha, Amelia Island, Charlestone (2006) y 11 torneos en pruebas por parejas.
En los torneos del Grand Slam su mejor resultado consistió en lograr las semifinales de 2003 en el Abierto de Francia.
Índice de popularidad: el séptimo lugar en el ranking de la Asociación Femenina de Tenis (WTA) con 1996 puntos, según los resultados de 52 semanas (versión del 2 de octubre de 2006).
