Родилась 26 февраля 1869 г. (14 февраля по старому стилю) в Санкт-Петербурге в дворянской семье. Ее отец, Константин Игнатьевич Крупский (1838-1883), происходил из польской шляхты. Во время службы в армии был членом подпольной антиправительственной организации, помогавшей участникам польского вооруженного восстания 1863-1864 гг.
В 1887 г. Надежда Крупская окончила в Санкт-Петербурге гимназию княгини А. А. Оболенской и педагогический класс при ней, получила право преподавать русский язык и математику. В 1889 г. училась на историко-филологическом отделении Бестужевских высших женских курсов, также посещала лекции на математическом отделении.
В юности увлекалась толстовством, затем – социалистическими идеями. С 1890 г. была членом нескольких социал-демократических кружков.
В 1891-1896 гг. преподавала в Санкт-Петербурге в вечерне-воскресной школе и на рабочих курсах, одновременно занималась революционной пропагандой. В 1894 г. познакомилась с Владимиром Ульяновым (с 1901 г. стал использовать псевдоним Ленин), вместе с ним участвовала в создании петербургской организации "Союз борьбы за освобождение рабочего класса".
В 1896 г. была арестована за антиправительственную деятельность, но вскоре освобождена. В декабре 1897 г. в административном порядке приговорена к ссылке в Уфимскую губернию. Однако по просьбе Крупской ее отправили отбывать приговор в село Шушенское Минусинского уезда Енисейской губернии, где уже отбывал наказание Владимир Ульянов. В июле 1898 г. они обвенчались в Шушенском. Для Надежды Крупской этот брак стал фактически вторым, ранее она состояла в гражданском браке с Борисом Германом, ставшим позднее одним из лидеров эсеров-максималистов. При заключении брака взяла фамилию мужа - Ульянова, но при этом публично всегда выступала под своей девичьей фамилией.
С 1898 г. – член Российской социал-демократической рабочей партии (РСДРП). С 1918 г. партия носила название Российская коммунистическая партия (большевиков), с 1925 г. - Всесоюзная коммунистическая партия (большевиков), с 1952 г. - Коммунистическая партия Советского Союза. В партийной деятельности использовала псевдонимы Саблина, Онегина, Рыба, Рыбкина, Шарко и др.
В 1901-1905 гг., после освобождения из ссылки, проживала вместе с Лениным в эмиграции в Германии, Великобритании и Швейцарии. Была секретарем в редакциях социал-демократических газет "Искра" и "Вперед", участвовала в подготовке и проведении II (1903) и III (1905) съездов РСДРП. С мая 1905 г. - секретарь заграничного бюро ЦК РСДРП.
В 1905-1906 гг., в период первой российской революции, вместе с мужем нелегально находилась в России, вела подпольную работу, налаживала связь с местными организациями партии.
В 1907-1917 гг. - вновь в эмиграции во Франции, Австро-Венгрии, Швейцарии. Преподавала в партийной школе в Лонжюмо под Парижем (1911), была секретарем Ленина. В 1914 г. выступила одним из инициаторов издания легального большевистского журнала для женщин "Работница", была членом его заграничной редакции. В годы Первой мировой войны разделяла позицию Ленина о необходимости военного поражения России, участвовала в подготовке Циммервальдской (1915) и Кинтальской (1916) международных социалистических конференций (в них участвовали социалисты – сторонники военного поражения своих стран).
В апреле 1917 г. вместе с Владимиром Лениным и другими социалистами-политэмигрантами при содействии германского Генерального штаба вернулась в Россию. Немецкие власти обеспечили их проезд из Швейцарии через свою территорию в специальном запломбированном вагоне.
После установления в октябре 1917 г. в России власти большевиков Надежда Крупская занимала ведущие должности в Народном комиссариате просвещения (Наркомпросе) РСФСР. Занималась организационными и теоретическими вопросами создания системы коммунистического воспитания и пропаганды среди детей и юношества.
С ноября 1917 г. – член коллегии Наркомата просвещения РСФСР (в 1917-1929 гг. ведомство возглавлял Анатолий Луначарский), также входила в состав Государственной комиссии по просвещению (высшая инстанция по утверждению основных направлений образовательной политики). Участвовала в разработке положения о единой трудовой школе РСФСР (1918), согласно которому в основу советской школьной системы были положены принципы производственного обучения и воспитания учеников в духе марксизма. По словам Крупской, школа должна была не только обучать, но и "быть центром коммунистического воспитания".
В 1918 г. была избрана действительным членом Социалистической академии общественных наук, тогда же стала заведовать внешкольным отделом Наркомпроса.
В 1919 г. возглавила центральную библиотечную комиссию Наркомпроса, став инициатором создания списка запрещенных книг в школьных библиотеках.
В 1920-1929 гг. Надежда Крупская занимала должность председателя Главного политико-просветительного комитета (Главполитпросвета) Наркомпроса РСФСР. Главполитпросвет направлял агитационно-пропагандистскую работу в стране, ведал всеми библиотеками, клубами, школами для взрослых, советско-партийными школами, коммунистическими университетами и др. Под руководством Крупской в 1920-е гг. комитет проводил изъятие из библиотек и уничтожение "идеологически вредной" литературы (издания в старой орфографии, религиозная, философская, общественно-политическая, художественная литература и др.). В результате этих акций библиотечные фонды сократились в среднем на 50%.
С 1921 г. Крупская возглавляла научно-педагогическую секцию Государственного ученого совета, была редактором нескольких педагогических журналов ("На путях к новой школе" и др.).
Являлась одним из инициаторов создания пионерской организации. В ноябре 1921 г. она выступила с докладом "О бойскаутизме", в котором предложила комсомолу взять на вооружение скаутские методы и создать детскую организацию, "скаутскую по форме и коммунистическую по содержанию".
С 1924 г. преподавала в Академии коммунистического воспитания.
В 1924-1927 гг. - член центральной контрольной комиссии Российской коммунистической партии (большевиков).
В 1925-1926 гг. вместе Григорием Зиновьевым (Радомысльским), Львом Каменевым (Розенфельдом) и другими входила в т. н. новую оппозицию в компартии. Члены этой группировки выступали с критикой НЭПа, призывали вернуться к практикам "военного коммунизма" по отношению к крестьянству, заявляли об опасности "буржуазного перерождения" в рядах ВКП(б). После того как сторонники Зиновьева и Каменева потерпели поражение во внутрипартийной борьбе, Крупская покинула ряды оппозиционеров. В 1930-х гг. как делегат партийных съездов голосовала за предание суду Николая Бухарина, за исключение из партии Льва Троцкого (Бронштейна), а также Зиновьева и Каменева.
С 1927 по 1939 г. – член центрального комитета ВКП(б).
В 1929-1939 гг. – заместитель наркома просвещения СССР (в 1929-1937 гг. ведомство возглавлял Андрей Бубнов, затем Петр Тюркин). Выступала против преподавания русского языка в начальных классах школ национальных автономий.
12 декабря 1937 г. была избрана депутатом Верховного Совета СССР I созыва, в 1938-1939 гг. входила в состав его президиума.
27 февраля 1939 г. Надежда Крупская скончалась в Москве. Урна с ее прахом захоронена в Кремлевской стене на Красной площади.
Была награждена орденами Трудового Красного Знамени (1929), Ленина (1935).
Почетный член Академии наук СССР (1931).
Автор книг "Вопросы народного образования" (1919), "Политпросветработа" (1932), "Клара Цеткин" (1933), "Биография В. И. Ленина" (1935) и др.