Дочь мещовского дворянина Лукьяна Степановича Стрешнева. Потеряла мать вскоре после рождения, в то время как её отец, по некоторым указаниям, покинул родные имения ради участия в ополчении Пожарского, отдав ребёнка на воспитание своей дальней родственнице, знатной боярыне. Евдокия Лукьяновна была выбрана овдовевшим царём Михаилом Фёдоровичем на смотре невест, устроенном в 1626 году. Она не входила в число отобранных красавиц, а прибыла с одной из них, дочерью окольничего Григория Волконского в качестве наперсницы (подруги). Михаилу не понравилась ни одна из отобранных девиц, и Евдокия понравилась ему «красотой, обходительностью и кротким нравом». Свадьба Михаила Фёдоровича и Евдокии Лукьяновны состоялась 5 (15) февраля 1626 года в Москве. 

Родила 10 детей  (7 девочек и 3 мальчиков), 6 из них умерло при ее жизни. Первые два ребёнка оказались девочками, причем вторая умерла 9-месячной. Супруги стали усердно молиться и 17 (29) марта 1629 родился сын, будущий царь Алексей Михайлович. Евдокия стала основательницей многих богоугодных заведений, помогала нищим и церкви.

Михаил Федорович и Евдокия Лукьяновна в 1644 году сделали богатый вклад в Александро-Свирский монастырь – прислали серебряную, украшенную драгоценными камнями раку преподобного, так как в 1641 году при строительстве Преображенского собора были обретены мощи святого. Вместе с ракой в монастырь ими был прислан и покров. Скончалась Евдокия 18 (28) августа 1645, через 5 недель после смерти мужа, умершего 13 июля.