В Петербургской консерватории одаренная певица занималась у Н. А. Ирецкой, позже – совершенствовалась у М. Маркези в Париже. После выступлений во многих провинциальных и столичных труппах она в 1897-1904 гг. была солисткой Московской частной оперы С. И. Мамонтова, в 1904-1911 гг. – солисткой Мариинского театра в Санкт-Петербурге. Надежда Ивановна была выдающимся интерпретатором произведений Н. А. Римского-Корсакова, стала первой исполнительницей центральных партий в операх "Боярыня Вера Шелога", "Царская невеста", "Сказка о царе Салтане". Н. А. Римский-Корсаков посвятил любимой певице романсы "Еще я полн, о друг мой милый" и "Нимфа". Ее муж, художник М. А. Врубель, написал картины "Царевна Лебедь" и "Волхова" под впечатлением образов, созданных Н. И. Забелой в операх "Сказка о царе Салтане" и "Садко". В сокровищницу русского искусства вошли и портреты Надежды Ивановны, написанные М. А. Врубелем в разные годы.