Marea Ducesă Alexandra Iosifovna a Rusiei s-a născut pe 8 iulie 1830 ca Prințesa Alexandra Friederike Henriette de Saxa-Altenburg și a fost a cincea fiică a Ducelui de Saxa-Altenburg și a Ameliei de Württemberg.
În vara anului 1846, Alexandra l-a întâlnit pe Marele Duce Constantin Nicolaevici al Rusiei când acesta a venit în vizită la Altenburg. Marele Duce era al doilea fiu al țarului Nicolae I al Rusiei și al țarinei Alexandra Feodorovna, născută Prințesa Charlotte a Prusiei.
Constantin a stat câteva zile la castelul tatălui Alexandrei, vizita lui fiind aranjată de mătușa Alexandrei, Marea Ducesă Elena Pavlovna, care era căsătorită cu Marele Duce Mihail Pavlovici, fratele mai mic al țarului Nicolae I.
Elena Pavlovna avea o puternică influență asupra lui Constantin, care îi admira inteligența și opiniile progresiste. Elenei îi plăceau literatura și muzica, a fondat Conservatorul din Sankt Petersburg, iar tânărul Constantin își petrecea timpul adesea în salonul artistic al mătușii sale.
Constantin era intelectual și liberal, în timp ce Alexandra era conservatoare, dar amândoi aveau în comun interesul față de muzică și le plăcea să cânte în duet la pian. Alexandra era înaltă, subțire și foarte frumoasă, iar Constantin devenise nerăbdător să se căsătorească cu ea. Dar pentru că tânăra avea doar șaisprezece ani, cei doi s-au logodit, însă au trebuit să aștepte mai mult de doi ani înainte să se căsătorească.
Alexandra a ajuns în Rusia pe 12 octombrie 1847 și a fost întâmpinată de mulțimi entuziasmate de oameni care se înghesuiau pe străzi și la balcoanele caselor să o vadă.
În februarie 1848, tânăra s-a convertit la ortodoxism și a luat numele de Marea Ducesă Alexandra Iosifovna. Cei doi s-au căsătorit la Palatul de Iarnă din Sankt Petersburg, pe 11 septembrie 1848 și au primit ca dar de nuntă de la părinții lui palatul Marble, iar reședința Strelna din Golful Finlandei, pe care Constantin o moștenise la vârsta de patru ani, a devenit casa de la țară a cuplului.
Marii Ducese Alexandra Iosifovna i-a plăcut să se ocupe de grădina de la Strelna și a fondat o școală în grădină, unde preda chiar ea. Tot în grădină erau jucării educative pentru copii: un catarg din lemn, o trambulină pentru gimnastică și o replică a unei cabine dintr-una din fregatele lui Constantin.
La un an după căsătorie, Constantin a moștenit de la unchiul său, Marele Duce Mihail Pavlovici, palatul Pavlovsk aflat în apropiere de Sankt Petersburg. Mai târziu, Alexandra și Constantin au primit palatul din Oreanda, din Crimeea, care fusese construit de țarina Alexandra Feodorovna și lăsat celui de-al doilea fiu.
Cuplul a avut 6 copii. În 1867, fiica lor cea mare, Olga, s-a căsătorit cu regele George I al Greciei. Avea numai șaisprezece ani și, inițial, Constantin a fost împotriva ideii ca ea să se căsătorească atât de tânără. În iulie 1868, s-a născut primul copil al Olgăi și a fost numit Constantin, după bunicul său. Începutul familiei fiicei lor a coincis însă cu începutul destrămării mariajului Alexandrei cu Constantin.
La sfârșitul anului 1860, Marele Duce a început o aventură extraconjugală și a avut o fiică nelegitimă, pe Marie Condousso. Curând după nașterea Mariei, Constantin a început o nouă relație cu o tânără dansatoare de la Conservatorul din Sankt Petersburg, Anna Vasilievna Kuznețova, cu care a avut cinci copii. Aceasta era fiica nelegitimă a balerinei Tatiana Markianovna Kuznețova și a actorului Vasili Andreievici Karatâgin, era cu douăzeci de ani mai tânără decât Constantin și inițial
a rezistat avansurilor lui, dar în cele din urmă a cedat. După ce s-au născut primii doi copii ilegitimi ai Marelui Duce, acesta a cumpărat pentru cea de-a doua sa familie o dacea confortabilă pe moșia de la Pavlovsk.
În 1874, s-a descoperit că fiul cel mai mare al cuplului Alexandra – Constantin, Marele Duce Nicolae Constantinovici, care avea o viață dezordonată și idei revoluționare, a furat trei diamante cu care era decorată o icoană din dormitorul mamei sale în complicitate cu amanta sa, o curtezană americană. A fost găsit 
vinovat, declarat nebun și exilat pe viață în Asia Centrală. Cinci ani mai târziu, în 1879, cel mai mic fiu al Alexandrei, Viaceslav, a murit în mod neașteptat de o hemoragie cerebrală, iar pierderea lui a fost un moment foarte greu pentru mama sa.
Marea Ducesă era melomană, compunea ea însăși marșuri și găzduia seri muzicale strălucitoare. Johann Strauss, inspirat de întâlnirea cu Marea Ducesă, i-a dedicat “Valsul Marii Ducese Alexandra”, iar ea avea să devină vicepreședinte, apoi președinte al Societății Muzicale Ruse.
La începutul lui august 1889, Constantin a suferit un accident vascular cerebral sever care a avut drept consecință paralizia piciorului stâng și pierderea capacității de a vorbi. Invalid, Constantin a rămas în îngrijirea soției sale legale care s-a simțit într-un fel răzbunată pentru infidelitățile și umilințele din trecut.
Totuși, înainte ca acesta să moară, în ianuarie 1892, Alexandra a aranjat ca fosta amantă a soțului ei, Anna, să îl viziteze Palatul Pavlovsk și să se roage la patul lui Constantin.
Alexandra i-a supraviețuit 19 ani soțului ei și a murit pe 6 iulie 1911, la vârsta de 81 de ani, la Sankt Petersburg, fiind înmormântată în mausoleul ducal din Catedrala Petru și Pavel.
