Л. Н. Князева родилась 9 февраля 1925 года в Москве.
В 1943—1944 годах училась на театроведческом факультете ГИТИСа.
В 1945 году поступила в студию при Московском ТЮЗе и в 1948 году окончила. В 1947 дебютировала, исполнив в этом же театре роль Королевы в спектакле «Двенадцать месяцев» С. Я. Маршака.
С 1948 года, по окончании Студии — актриса Московского ТЮЗа на амплуа травести, проработала на этой сцене более 40 лет.
Лидия Князева в течение 15 лет была первой женой Ролана Антоновича Быкова (они усыновили грудного ребенка — мальчика Олега (1958—2002)), и в спектакле по сказке К. И. Чуковского «Бармалей» они играли дуэтом: Ролан Антонович сыграл Бармалея, а Лидия Николаевна — Мартышку.
Преподавала актерское мастерство в ГИТИСе, среди её учеников Д. А. Певцов, А. В. Корженков, Н. Н. Добрынин.
Л. Н. Князева умерла 31 декабря 1987 года. Похоронена на Кунцевском кладбище в Москве.
Творчеству Лидии Князевой посвящен документальный фильм «Рядом с тобой» — автор сценария и режиссёр картины ученица Князевой М. Э. Миронова.
Кроме того она исполнила роли обезьяны Чичи из постановки про Доктора Айболита и Бармалея по сказкам Чуковского, Пузырек («О чем рассказали волшебники» и «Кукла Надя и другие» В. Н. Коростылева), Петя («Именем революции» М. Ф. Шатрова), принц Дэлихьяр («Будьте готовы, ваше высочество» Л. А. Кассиля и П. О. Хомского), принц Эдуард и Том («Том Кенти» С. В. Михалкова по М. Твену) и др.
На сцене она выглядела столь органично в роли подростков, что юные зрители принимали её за своего сверстника-мальчишку. Известен такой случай.