В ЦДТ Надежду Румянцеву приняли в 1948 году, когда ей было 18 лет. Сначала она училась в школе-студии этого театра, потом ее пригласили в труппу. Тогда ЦДТ руководила Ольга Пыжова, впоследствии ставшая педагогом Надежды Васильевны. Первой ролью Надежды Румянцевой стала роль Иры Соколовой в ее спектакле "Я хочу домой" по пьесе Сергея Михалкова. Потом была Иринка в "Ее друзьях". Это была первая пьеса Виктора Розова, принесенная им в ЦДТ. Вместе с молодой артисткой на сцене дебютировал и выпускник Школы-студии МХАТ Олег Ефремов.
А на экране Надя Румянцева дебютировала в фильме Николая Лебедева "Навстречу жизни", когда сама была уже студенткой. Ради роли Маруси Родниковой она месяц обучалась токарному делу. После выхода этого фильма, съемки которого заняли год, она перешла из ГИТИСа во ВГИК - снова помогли Ольга Пыжова и Борис Бибиков.

После выхода на экраны картины "Девчата" в 1961 году к Надежде Румянцевой пришла всесоюзная слава. В этом фильме актриса сыграла Тосю Кислицыну, наивную и обаятельную повариху. Фразы ее героини ушли в народ. Со съемок этого фильма осталось очень много баек. Например, что знаменитую шапку-ушанку Тоси Кислициной актриса взяла у племянника - попросту выменяла на новую. Говорили, что роль Тоси Кислициной могла сыграть Наталья Кустинская, супруга режиссера Юрия Чулюкина. А Николай Рыбников, по версиям некоторых свидетелей, видел в этом образе только свою жену Аллу Ларионову. Сама Надежда Васильевна вспоминала с юмором, что когда она подошла к Борису Бедному с просьбой что-то переписать в сценарии, он возмущенно закричал: "Как, и вы туда же! Хоть вы-то молчите, у вас, кажется, в сценарии есть все, что только может пожелать актриса!".

В 1963 году она появилась на экранах в образе Людмилы Добрыйвечер, "Королевы бензоколонки". Режиссер Николай Литус изначально видел в образе эстонскую актрису Терье Луйк. Но после рабочего показа было решено заменить актрису - Николай Литус и присоединившийся к нему Алексей Мишурин остановились на звезде недавно вышедших "Девчат". Ее героиня, в сущности, принадлежала к тому же типажу слегка наивной, смешной и целеустремленной девушки, что и Тося Кислицына. 17-летнюю выпускницу Надежда Румянцева сыграла в возрасте 32 лет. В том же 1963 году актриса получила звание заслуженной артистки РСФСР. Кстати, фамилия Людмилы - Добрыйвечер - невымышленная. По одной из версий, ее позаимствовали у боксера, который выступал на ринге в 1920-е годы.
Надежда Румянцева вышла замуж за Вилли Вартановича Хштояна. Вслед за супругом, который работал в Министерстве внешней торговли, она уехала сначала в Египет, а потом в Малайзию.
Также Надежда Румянцева занималась дубляжом картин. Ее голосом говорила Нина в "Кавказской пленнице…" или новые приключения Шурика", Суок в мультфильме "Три толстяка", Гюльчатай в "Белом солнце пустыни". Голос актрисы звучит в более чем тридцати зарубежных фильмах и сериалах: это и Присси в "Унесенных ветром", и роль Изауры в "Рабыне Изауре"… Также она озвучила женские роли в сериале "Твин Пикс".