Надежда Григорьевна Львова родилась 8 (20 августа) августа 1891 года в Подольске в семье мелкого почтового служащего. В 1908 окончила, с золотой медалью, Елисаветинскую гимназию в Москве. С детства любила стихи.
Учась в гимназии она выполняла отдельные поручения подпольной организации большевиков. Её «соратниками по борьбе» были, например, Илья Эренбург, Николай Бухарин и Григорий Сокольников — почти её ровесники. Надежда Львова была даже и арестована, но вскоре отпущена на поруки отца, поскольку на момент ареста ей ещё не исполнилось семнадцати лет.
Продолжать большевистское дело Надежде Львовой было не суждено. В 1910 году Львова впервые попробовала писать стихи, и весной следующего года принесла их в редакцию журнала «Русская мысль». Так судьба свела её с Валерием Брюсовым, бывшим на 18 лет старше её, он стал её кумиром и признанным поэтическим мэтром. Деловое знакомство быстро переросло во флирт, льстивший им обоим. Под покровительством Брюсова Надежда Львова опубликовала свои стихи в нескольких журналах, таких как «Женское дело», «Новая жизнь», альманахах «Жатва» и «Мезонин поэзии»; а в 1913 году вышел единственный прижизненный сборник стихов «Старая сказка.
Июль 1913 года Львова и Брюсов вместе провели время в Финляндии. Но Надежда слишком поздно осознала своё место в жизни любимого человека. Для Брюсова Надежда Львова была лишь очередным — быть может, сильным — увлечением на фоне его семейной жизни. Достигнув своего пика, её любовь рухнула в пропасть…
Все стихотворения Надежды, написанные ею после возвращения из Финляндии, пронизаны ощущением надвигающейся катастрофы и собственным бессилием ей воспротивиться.
24 ноября 1913 года Надежда Львова, будучи в глубокой депрессии из-за трагического романа с В. Брюсовым, застрелилась из револьвера подаренного ей Брюсовым.
До глубины души потрясённый её смертью, Брюсов не взял ни адресованного ему письма, ни рукописей оставленных ему, он бежал из Москвы в Петербург.
Похоронили Надежду Львову на бедном Миусском кладбище, в холодный, метельный день 1913 года.
После ее смерти вышло второе издание «Старой сказки» (1914), дополненное не публиковавшимися ранее стихами. Поэзии Львовой присущи естественность и непосредственность. Ее стихи отличает глубина и острота переживаний, качества, за которые критика прощала автору технические огрехи.