Лидия Федосеева-Шукшина считала, что ради любимого человека женщина должна быть готова на жертвы. В её случае такой жертвой стала актёрская карьера: после замужества с Василием Шукшиным она в основном снималась в его картинах. При этом актриса окончила одну из самых известных мастерских ВГИКа, где её наставниками были Сергей Герасимов и Тамара Макарова.
С будущим мужем Федосеева познакомилась в 1964 году на съёмках фильма «Какое оно, море?». Шукшин исполнял в картине роль второго плана, а актриса играла мать одного из юных героев. На тот момент оба были связаны другими отношениями, однако работа над фильмом сблизила их, и спустя несколько лет они поженились.
В семье родились две дочери — Мария и Ольга. Вместе с родителями они участвовали в съёмках фильма «Печки-лавочки», который наряду с «Калиной красной» считается одной из наиболее известных работ Шукшина-режиссёра. В интервью Федосеева-Шукшина говорила о влиянии супруга: «Шукшин вырастил во мне личность».
Семейное счастье омрачалось непростыми отношениями актрисы со старшей дочерью Анастасией, которая после развода родителей осталась с отцом. После смерти Василия Шукшина в октябре 1974 года Федосеева-Шукшина продолжила сниматься и позднее получила звание народной артистки РСФСР. Впоследствии она вступала в браки с кинооператором Михаилом Аграновичем и польским художником Мареком Межеевским.
В 2018 году актриса вышла замуж за продюсера Бари Алибасова, однако этот союз быстро завершился разводом. Позднее между супругами возник спор из-за квартиры в Новой Москве, которую Алибасов передал своему помощнику. Федосеевой-Шукшиной удалось вернуть недвижимость через суд, как сообщал «АиФ».
После смерти Шукшина актриса стала хранительницей его творческого наследия и обладательницей прав на произведения писателя. В 2026 году стало известно, что Мария Шукшина взяла авторские права под своё управление, после чего между сёстрами начались новые судебные разбирательства. Среди имущества, которое может войти в наследство, называются квартира в Новой Москве и четырёхкомнатная квартира Шукшина на улице Бочкова, тогда как петербургская квартира актрисы ранее была продана.