Регалии: 2-кратная победительница Итоговых чемпионатов WTA (2004, 2012) в парном разряде; 2-кратная финалистка турниров Большого шлема (US Open-2010, Roland Garros-2012) в парном разряде; бронзовый призер Олимпийских игр (2012) в парном разряде; 37-кратная победительница турниров WTA (13 — в одиночном разряде); обладательница Кубка Федерации (2007), обладательница Кубка Хопмана (2007); бывшая третья ракетка мира в одиночном и парном рейтинге.
Родилась 8 июня 1982 года в Москве.
Отец Надежды Петровой (Виктор Петров) занимался метанием молота, а мать (Надежда Ильина) стала бронзовым призером Олимпиады-1976 в эстафете 4х400 метров. Надежда же предпочла теннис и с первых же шагов громко заявила о себе.
В 1998 году Петрова победила на юниорском «Ролан Гаррос», а в следующем сезоне дебютировала в профессиональном туре и в том же сезоне пробилась в первую сотню мирового рейтинга.
В марте 2005 года Надежда стала третьей ракеткой мира в парном разряде, а в мае 2006 года, после победы в финале турнира в Берлине над Жюстин Энен, сумела повторить это достижение и в одиночном разряде. С 2003 по 2010 год не покидала по итогам сезона первую двадцатку рейтинга.
На турнирах Большого шлема Петрова успешнее всего выступала на «Ролан Гаррос», где она добиралась до полуфиналов в 2003 и 2005 году.
В 2007 году Надежда Петрова в составе сборной России стала победительницей Кубка Федерации и Кубка Хопмана.
На Играх-2012 в Лондоне Надежда в паре с Марией Кириленко завоевала бронзу. В полуфинале олимпийского турнира россиянки уступили сестрам Серене и Винус Уильямс (5:7, 4:6), а в матче за третье место взяли верх над другой американской парой Лизель Хубер - Лиза Реймонд (4:6, 6:4, 6:1).
В январе 2017 года Надежда Петрова объявила о завершении карьеры.