Pochodzi z rodziny sportowej. Ojciec Wiktor Pietrow startował jako młociarz, matka Nadieżda Iljina zdobyła brąz olimpiady w Montrealu (1976) w sztafecie 4x400 m; po zakończeniu karier oboje rodzice pracowali jako trenerzy lekkoatletyki. Część swojej młodości spędziła w Egipcie, gdzie jej rodzice pracowali jako trenerzy. Początek kariery Pietrowej związany był z Polską, zawodniczka przez kilka lat mieszkała i trenowała w Krakowie. W 1998 wygrała rywalizację juniorek w grze pojedynczej na French Open. Jako tenisistka zawodowa występuje od września 1999 roku.
Kariera tenisowa
Jej tenis, podobnie jak większości grających równocześnie Rosjanek, opiera się na silnych uderzeniach z głębi kortu (backhand oburęczny). Spośród swoich rywalek wyróżnia się dobrymi warunkami fizycznymi (prawie 180 cm).
Pierwszy raz do czołowej setki rankingu awansowała w 1999, dwa lata później była w pierwszej pięćdziesiątce. Po słabszym sezonie 2002 powróciła do szerokiej czołówki światowej i wkrótce znacznie poprawiła swoje miejsce, kończąc kolejne dwa lata (2003, 2004) na miejscach nr 12, blisko pozycji uprawniającej do startu w Masters. Dwukrotnie osiągnęła półfinały turniejów wielkoszlemowych – French Open 2003 i 2005, ponadto była ćwierćfinalistką US Open 2004, Wimbledonu 2005 i US Open 2005. Jej najwyższa dotychczasowa pozycja w rankingu WTA to 3 w singlu (15 maja 2006)) i również 3 w deblu (21 marca 2005).
W październiku 2005 wygrała pierwszy w swej karierze turniej WTA Tour – Generali Ladies w austriackimLinzu. Drugi tytuł zdobyła w marcu 2006 w Dosze, pokonując w finale Francuzkę Amélie Mauresmo. Miesiąc później wygrała turnieje Bausch & Lomb Championships w Amelia Island, pokonując w finale Włoszkę Francescę Schiavone (pierwsze zwycięstwo nad Schiavone w ich piątym pojedynku) oraz w Charleston (w finale ze Szwajcarką Patty Schnyder).
Jeszcze lepsze wyniki osiąga jako deblistka, wygrawszy 24 turnieje (w tym dwukrotnie Mistrzostwa WTA); w marcu 2005 była klasyfikowana jako nr 3. rankingu deblistek.
Sezon 2006 rozpoczęła od półfinału w turnieju niższej kategorii w Auckland, tydzień później oddała walkowerem mecz ćwierćfinałowy w Sydney przeciwko Justine Henin-Hardenne. Nadia uległa rodaczce Szarapowej w ćwierćfinale Australian Open. Zwycięstwo turniejowe, po serii ćwierćfinałów i półfinałów, osiągnęła w Doha, pokonując w finale Amélie Mauresmo. Francuzka zrewanżowała się w ćwierćfinale w Miami. Nadia rozpoczęła serię fantastycznych zwycięstw: wygrała turniej w Amelia Island, następnie w Charleston oraz Berlinie, pokonując w finale Belgijkę Henin-Hardenne. Przełomowym momentem sezonu był turniej French Open, gdzie Rosjanka, zaliczana do ścisłych faworytek, odpadła w pierwszej rundzie z Akiko Morigami. Od tej pory aż do US Open nie wygrała żadnego ze spotkań. Na nowojorskich kortach przegrała z Tatianą Golovin w trzeciej rundzie. Zrewanżowała się jednak Francuzce, wygrywając z nią w finale w Stuttgarcie – to był z kolei punkt zwrotny, Pietrowa zdawała się wracać do optymalnej formy. Potwierdzają to jej kolejne wyniki – finały w Moskwie, Linzu oraz wygrana nad liderką rankingu Mauresmo w meczach grupowych WTA Tour Championships w Madrycie (Pietrowa przegrała jednak z Henin-Hardenne i Hingis i nie zdołała awansować do fazy pucharowej turnieju).
W paryskim turnieju Open Gaz de France odniosła pierwsze turniejowe zwycięstwo w tym roku. W drodze do finału pokonała między innymi Amélie Mauresmo 5:7, 6:4, 7:6, mimo że w ostatnim secie przegrywała 1:4. W finale zwyciężyła Czeszkę Lucie Šafářovą 4:6, 6:1, 6:4 i odniosła siódme zwycięstwo w turnieju WTA. Osiągnęła też półfinał deblowy ze Swietłaną Kuzniecową. W Antwerpii dotarła do ćwierćfinału. Wystąpiła w Amelia Island jako obrończyni tytułu, tam była najwyżej rozstawiona. W grze podwójnej z Lisą Raymond odpadła w ćwierćfinale. W maju w Warszawie odpadła w drugiej rundzie, przegrywając z WłoszkąMarą Santangelo. W Los Angeles dotarła do finału, gdzie pokonała ją Ana Ivanović.
Rok 2008 rozpoczęła od osiągnięcia 1/8 finału Australian Open, gdzie przegrała z Polką Agnieszką Radwańską 6:1, 5:7, 0:6 (mimo prowadzenia 6:1, 3:0). W kolejnych występach – w Paryżu, Doha, Dubaju i Miami – przegrywała pierwsze mecze.
Podczas imprezy w Stambule przełamała złą passę wygrywając ze Amerykanką Lilią Osterloh i Martą Domachowską, lecz w ćwierćfinale została pokonana przez reprezentantkę Uzbekistanu Akgul Amanmuradovą.
W 2012 roku wygrała w grze podwójnej turniej Premier Mandatory w Miami. W parze z Mariją Kirilenko pokonały włoski duet Sara Errani–Roberta Vinci 7:6(0), 4:6, 10-4[1]. W czerwcu zwyciężyła w turnieju International w 's-Hertogenbosch. Razem z Mariją Kirilenko zdobyły brązowy medal igrzysk olimpijskich w konkurencji deblistek. W półfinale przegrały z siostrami Williams 5:7, 4:6, a w meczu o trzecie miejsce pokonały Liezel Huber i Lisę Raymond 4:6, 6:4, 6:1. W sierpniu osiągnęła finał imprezy w Montrealu, w którym uczestniczyła razem z Katariną Srebotnik. We wrześniu zwyciężyła w zawodach singlowych podczas turnieju rangi Premier 5 w Tokio. W finale pokonała Agnieszkę Radwańską 6:0, 1:6, 6:3. Razem z Kirilenko osiągnęła w październiku finał rozgrywek deblowych w Moskwie. W kończących sezon Mistrzostwach WTA zdobyła razem z Kirilenko tytuł deblowy, pokonując w finale Andreę Hlaváčkovą i Lucie Hradecką 6:1, 6:4. Tydzień później zwyciężyła też w zawodach singlowych podczas WTA Tournament of Champions, kiedy to bez przegrania meczu pokonała w finale Caroline Wozniacki wynikiem 6:2, 6:1.
W styczniu 2013 roku razem ze Srebotnik osiągnęła triumf w turnieju w Sydney, pokonując w finale Errani i Vinci wynikiem 6:3, 6:4. W lutym oba deble ponownie spotkały się w finale turnieju, tym razem w Dosze, jednak Pietrowa z partnerką przegrały z Włoszkami wynikiem 6:2, 3:6, 6-10. W kolejnym tygodniu razem ze Srebotnik awansowały do finału zawodów gry podwójnej w Dubaju, lecz w meczu mistrzowskim uległy parze Bethanie Mattek-Sands–Sania Mirza wynikiem 4:6, 6:2, 7-10. W Indian Wells osiągnęła razem ze Srebotnik finał, w którym uległy Jekatierinie Makarowej i Jelenie Wiesninie 0:6, 7:5, 6–10. W Miami debel ponownie osiągnął finał, w którym pokonał Lisę Raymond i Laurę Robson 6:1, 7:6(2). Przez kontuzje w drugiej części sezonu i rezygnacja z turniejów w Azji, wypadła z pierwszej setki rankingu singlowego. Sezon zakończyła na 102. miejscu (najgorszym od dziesięciu sezonów).
Sezon 2014 rozpoczęła od porażki w eliminacjach do turnieju w Paryżu. Następnie, jako kwalifikantka, odpadła w pierwszej rundzie turnieju w Dosze, przegrywając 6:7(5), 5:7 z Peng Shuai. W Dubaju grająca z dziką kartą Pietrowa uległa 3:6, 2:6 Carli Suárez Navarro już w pierwszym meczu. Na początku marca wzięła udział w turniejach w Indian Wells i Miami. W pierwszym z nich oddała mecz z Silvią Soler Espinosą po kreczu przy stanie 1:1. W drugim najpierw wygrała z Urszulą Radwańską, a potem uległa Sabine Lisicki 6:3, 4:6, 4:6. W grze deblowej, wraz z Anastasiją Pawluczenkową osiągnęła półfinał turnieju w Dosze.
Ulubioną nawierzchnią Nadieżdy są korty twarde, ponieważ jest tenisistką grającą agresywnie. Lubi szybko kończyć piłki, nie przepada za dłuższymi wymianami.
W oświadczeniu wydanym na początku stycznia 2017 r. Petrova poinformowała o zakończeniu kariery zawodniczej. Powodem tego posunięcia jest trwająca od 2013 r. kontuzja biodra tenisistki. Petrova nie zamierza jednak całkowicie odstawić rakiety. Nadal będzie związana z tenisem poprzez pracę charytatywną.[2]
Oficjalna strona wtatennis.com podaje, że Nadieżda Pietrowa wygrała jeden turniej deblowy rangi ITF, lecz w historii wyników nie widnieje nawet żaden finał z jej udziałem.