Надежда Васильевна родилась в небольшой деревне Потапово, что в Смоленской области. Она была вторым ребенком в семье домохозяйки Ольги и проводника поезда Василия. Когда будущей звезде исполнился год, семья Румянцевых переехала в Подмосковье. С самого раннего детства Надежда отличалась жизнерадостностью и энергичностью, любую информацию девочка схватывала на лету. Эти черты характера не изменились, даже когда грянула Великая Отечественная война и отца Нади призвали на фронт. Брат Румянцевой, Владимир, остался с семьёй, поскольку был слишком юн для войны. В этот период семье пришлось продать некоторые свои вещи, чтобы покупать еду. Надя старалась поддержать военных, собирая детей и подростков, чтобы вместе с ними развлекать раненых бойцов в госпитале. Для семьи Румянцевых война закончилась благополучно, глава семейства вернулся к своим родным не только живым, но и с заслуженной наградой - орденом Героя Советского Союза. Из тех суровых времен Надежда обрела привычку довольствоваться малым, и этой черте осталась верна до конца своих дней. В школьное время актриса посещала самые разнообразные кружки, в том числе и связанные с театром, но при этом идти на большую сцену не планировала. Однако, когда школа была окончена и встал вопрос выбора учебного учреждения, девушка, не любившая точные науки, решила всё-таки попробовать себя в актерской деятельности. Вступительный экзамен в школу-студию при Центральном детском театре Надежда Румянцева прошла без проблем. Яркая, живая и активная девушка мгновенно покорила экзаменационную комиссию пылким монологом Фамусова из пьесы Грибоедова "Горе от ума". Позже в интервью актриса призналась, что ожидала провала, а потому максимально выкладывалась перед зрителями. Затем Румянцева поступила в ГИТИС. Больше всего Надежда Румянцева полюбилась актрисе Ольге Пыжовой, работавшей в Центральном детском театре. Когда студию при театре закрыли и Ольга перешла преподавателем во ВГИК, свою талантливую протеже актриса забрала с собой. Надежда продолжила постигать тайны актерской профессии в мастерской Бибикова и Пыжовой. Первую роль в кино Румянцева сыграла сразу после того, как окончила институт. Получив возможность принять участие в фильме "Навстречу жизни", она месяц изучала токарное дело, чтобы лучше понять образ жизни своей героини. Кроме того, Надя даже пошла на обман, заявив, что умеет управлять моторной лодкой. Поскольку её героине в определенный момент нужно было управляться с этой техникой, Румянцева боялась, что из-за отсутствия навыков вождения ей откажут в роли. Разумеется, всё выяснилось, когда моторная лодка вместе с отчаянной девушкой перевернулась. Промерзшая насквозь артистка на пару дней осталась в больнице, но в целом эпизод закончился благополучно. С 1952 года Надежда Румянцева ежегодно была задействована в съемках как минимум одного фильма. В 1954 году актриса получила одну из основных ролей в ленте "Морской охотник", в 1955 поучаствовала в режиссёрском дебюте Эльдара Рязанова в киноленте "Счастливая юность". Сыграла актриса также в киносказке по мотивам произведений Оскара Уальда "Звёздный мальчик", впервые показавшись на экране в образе мальчика.

Говорят, что роль Нади Берестовой в фильме 1959 года "Неподдающиеся" была написана специально для Румянцевой. Так это или нет - неизвестно, но именно эта роль сделала актрису известной широкому кругу зрителей. Неудивительно, ведь актриса играла практически себя саму: обаятельную, добрую и чрезвычайно энергичную активистку. Благодаря сочетанию характера и внешности образ Нади получился трогательным и комичным, но вызывающим уважение. В последующих образах, которые воплотит Румянцева, сохранится немало похожего с Надей Берестовой. Всесоюзный успех Надежде Румянцевой принесла роль в культовой киноленте "Девчата". После выхода фильма газеты писали, что теперь любая девушка, раньше не имевшая шанса в кино из-за нестандартной внешности, может попробовать стать кинозвездой. Тося Кислицына на долгие годы стала одним из самых любимых женских персонажей на территории СССР, а позже и СНГ. Фильм имел грандиозный успех за рубежом. Даже в Голливуде отметили талант Румянцевой и в дальнейшем несколько раз приглашали талантливую актрису сниматься в фильмах. Однако Надежда об этих приглашениях даже ничего не знала. Правительство само отвечало за актрису: мол, конечно, благодарю, но слишком занята на съемках дома. В 1963 году вышел второй фильм, который закрепил триумфальный успех Надежды Румянцевой. Этим фильмом была комедия "Королева бензоколонки", также ставшая достоянием всего Советского Союза. Так же, как и Тося Кислицына, Людмила Добрыйвечер мгновенно завоевала обожание зрителей. В кинотеатрах эту ленту посмотрело 34 миллиона человек.

Следующие четыре года Надежда Васильевна снималась в различных кинофильмах, ни один из которых, к сожалению, даже не приблизился по уровню успеха к предыдущим работам. Из самых удачных работ того времени можно отметить киноленту "Женитьба Бальзаминова", где артистке досталась роль Раисы. После 1967 года Румянцева почти перестала сниматься в кино, уехав из страны, чтобы сопровождать мужа в работе. Актриса вернулась уже в семидесятых, хотя и потом уезжала вместе с мужем на несколько лет из СССР. С тех пор и до конца жизни Румянцева занималась в основном озвучкой мультфильмов и зарубежных сериалов. Также Надежда Васильевна озвучивала многих артисток в советских фильмах. В частности, кавказская пленница Нина и скромная Гюльчатай из "Белого солнца пустыни" говорят голосом Румянцевой. Вопреки распространённому заблуждению, Надежда Румянцева никоим образом не причастна к советскому мультсериалу "Ну, погоди!". Путаница возникла из-за того, что фамилия актрисы озвучки Клары Румяновой очень похожа на фамилию Румянцевой. Последней большой работой актрисы стала роль божьего одуванчика Марьи Ивановны в комедии "Нечаянная радость", где Надежда Васильевна сыграла в тандеме с Арменом Джигарханяном. На момент исполнения актрисе было 75 лет. Первый брак актрисы был неудачным. Ещё в студенческое время её спутником стал юный актер Владимир Шурупов. Их брак распался достаточно быстро, поскольку мужа распределили в провинциальный театр, и Надежда, на тот момент уже успешная актриса, решила остаться в Москве. В 1965 году Румянцева познакомилась с армянским студентом, ставшим в итоге спутником ее жизни больше, чем на сорок лет. Звали юношу Вилли Вахтангович Хштоян, и в истории позднего СССР он записан как дипломат, работавший в Египте и Малайзии, хотя обыватели всё равно знают этого госслужащего исключительно как мужа Надежды Румянцевой. Молодые люди быстро понравились друг другу. Три года они жили вместе, а потом, когда Вилли направили заграницу, пара расписалась. С собой они забрали Карину, дочь Хштояна от первого брака. Надежда очень подружилась с малышкой.

Совместных детей пара не имела. Вилли винит в этом себя, потому что поначалу он уговаривал актрису подождать, опасаясь, что дочь будет чувствовать себя обделённой, а затем постепенно истекло время репродуктивного возраста Румянцевой, и она просто не смогла забеременеть. Некоторое время супруги думали усыновить ребенка, но отказались от этой идеи. Есть несколько версий болезни актрисы. Говорили о сердечных заболеваниях, об онкологии мозга после падения с лестницы в 2001 году. 8 апреля 2008 года Надежда Васильевна Румянцева умерла в одной из московских клиник из-за опухоли мозга. Диагноз актрисе был поставлен незадолго до смерти. Похоронена актриса в Москве на Армянском кладбище.