Дочь окольничего Прокопия Фёдоровича Соковнина. Вероятнее всего, входила в число придворных, сопровождающих царицу. В 17 лет вышла замуж за Глеба Ивановича Морозова, представителя рода Морозовых, родственников правящей семьи Романовых, царского спальника и дядьку царевича. Брат Глеба Ивановича, Борис Иванович Морозов, владелец огромного состояния, умер бездетным в 1662 году, оставив наследство Глебу Морозову. Вскоре умирает и Глеб Иванович и совокупное состояние обоих братьев номинально достаётся малолетнему сыну Глеба и Феодосии Морозовых — Ивану Глебовичу. Практически же богатством распоряжалась боярыня Морозова. В одном из многочисленных имений Морозовых — подмосковном селе Зюзино была обустроена по западному образцу одной из первых в России роскошная усадьба. По воспоминаниям современников, Морозова совершала торжественные выезды в серебряной карете, в упряжке которой находилось 6 или 12 лошадей, в сопровождении нескольких сотен (до трёхсот) слуг. При царском дворце Феодосия занимала чин верховой боярыни.
Боярыня Морозова была одной из противников реформ патриарха Никона, тесно общалась с апологетом старообрядчества — протопопом Аввакумом. Феодосия Морозова занималась благотворительностью, принимала у себя в доме странников, нищих и юродивых. Оставшись в тридцать лет вдовой, она «усмиряла плоть», нося власяницу. Домашние молитвы Морозова совершала «по древним обрядам», а её московский дом служил пристанищем для гонимых властью староверов. Царь Алексей Михайлович, всецело поддерживающий церковные реформы, пытался повлиять на боярыню через её родственников и окружение, а также отбирая и возвращая поместья из её вотчины. От решительных действий царя удерживало, видимо, высокое положение Морозовой и заступничество царицы Марии Ильиничны. Феодосия Морозова неоднократно присутствовала в «новообрядной церкви» на богослужении, что старообрядцами рассматривалось, как вынужденное «малое лицемерие». Но после тайного пострига в монахини под именем Феодоры Морозова стала удаляться от церковных и светских мероприятий.
В ночь на 16 ноября 1671 года боярыня Морозова была арестована, всё ее состояние конфисковано, а она сама и её сестра, княгиня Урусова, высланы в Боровск, где были заточены в земляную тюрьму. Власти не решились на публичную казнь известной фигуры и Феодосия Морозова была уморена голодом в 1675 году.
Почитается старообрядческой церковью как святая.