Родилась 8 (21) декабря 1909 (по другим данным — в 1907 или 1911 году) в Санкт-Петербурге, в семье рабочего и домохозяйки. В 1918 году семья переехала в Москву, где отцу предложили работу начальника паспортной службы Кремля.

Со школьных лет занималась в драмкружке и мечтала стать актрисой, но по настоянию родителей после окончания школы пошла работать счётчицей в Госстрахе.

В 1928 году поступила в театральное училище, которым руководил Юрий Завадский, а после его закрытия продолжила учёбу в училище при московском Театре Революции, которое окончила в 1934 году.

Будучи студенткой, снялась в фильме «Встречный» (1932), но её роль не вошла в окончательную версию картины. Поэтому дебютом актрисы в кино считается фильм «Гармонь» (1934).

Всесоюзная популярность к Фёдоровой пришла в 1936 году после исполнения одной из главных ролей в фильме «Подруги». 

С 1946 по 1955 год находилась в заключении. Была убита у себя в квартире при невыясненных обстоятельствах.