Родилась вместе с сестрой-близнецом Софьей, умершей при рождении. В детстве вместе с родителями подолгу жила за границей и в Крыму.
В начале 1914 года была помолвлена с князем Олегом Константиновичем (сыном великого князя Константина Константиновича), который 27 сентября 1914 г. был тяжело ранен в стычке с германскими кавалеристами близ деревни Пильвишки в районе Владиславова и умер от ран 29 сентября (12 октября по ст. стилю) в Вильно.
12 апреля 1917 года в церкви Святой Нины (Харакс, Крым) вышла замуж за князя Николая Владимировича Орлова (1891—1961) и уехала в эмиграцию. Дети:
Они были в числе Романовых, эвакуированных на британском корабле «Мальборо». Её малолетняя дочь Ирина, родившаяся в марте 1918 года, была самым маленьким пассажиром на военном корабле.
В марте 1940 года в Белграде брак был расторгнут.
Надежда Петровна прожила долгую жизнь, она была самой старшей в семействе Романовых в эмиграции. Скончалась дочь великого князя Петра Николаевича 21 апреля 1988 в возрасте девяноста лет в Шантильи во Франции и похоронена на кладбище Samois (77-France).