Надежда Толубеева родилась в семье актеров Большого драматического театра Екатерины Марусяк и Андрея Толубеева. В 2011 году окончила СПбГАТИ. В кино дебютировала в 2010 году в фильме Светланы Проскуриной «Перемирие», где сыграла Катю Полетаеву и снялась полностью обнаженной. Узнаваемость получила после ролей в фильмах «Питер. Лето. Любовь» и «Григорий Р.».

В фильмографии актрисы также значатся второй сезон сериала «Шаман», детективный сериал «Неслучайная встреча» и многосерийная мелодрама «Взрослые дочери». Эти работы закрепили её позиции в российском кинематографе и телевидении.