Актриса родилась в солнечном городе Фрунзе (Бишкек) накануне войны в марте 1941 года. Так как девочка была совсем маленькой, войны она не помнит. Когда Наташе было 7 лет, они с семьей перебрались в Москву.
Родители были музыкантами, и девочка, можно сказать, выросла в оркестровой яме. Родители часто брали Наташу с собой на работу, и иногда она хулиганила, начинала подпевать в такт любимых композиций, и ее звонкий детский голосок разлетался по всему концертному залу.
Девочка очень любила петь и танцевать, любила ходить в кукольный театр. Родители поощряли тягу девочки к искусству, и учиться музыке она начала с пяти лет. После школы девушка поступила в музыкальное училище, где готовилась к поступлению в консерваторию.
Девушка решила связать свою судьбу с музыкой, и о карьере актрисы даже не думала, хотя кино любила. После занятий в музыкальном училище Наташа с подругами часто ходили в кино, причём старалась по-хулигански проскочить без билета.
Сестра одной из подруг Натальи по музыкальному училищу работала в фотолаборатории ВГИКа, и подруга предложила девушке запечатлеть ее выразительную красоту в объективе профессионального фотографа.
Фотографии получились отличными, и фотограф сделал несколько экземпляров, одни отдал на руки девушке, другие отправил мастерам ВГИКа. Вскоре Наталье предложили попробовать поступить в этот престижный кинематографический ВУЗ.
Поддавшись уговору подружек, Наталья решила попробовать и оказалась перед приёмной комиссией во главе с корифеем советского, да и мирового кино Сергеем Аполлинариевичем Герасимовым. Девушка поступила, несмотря на конкуренцию 120 человек на место.
У студентки была заветная мечта исполнить роль Наташи Растовой. Сергей Бондарчук в то время уже начал работу над своим эпическим кинополотном «Война и мир» и направил Наталье приглашение на пробы.
Это были ее первые пробы, на роль мечта о которой привела начинающую актрису в кино. Пробы произвели на режиссёра хорошее впечатление, но свой выбор он, как известно, остановил на актрисе и балерине Людмиле Савельевой.
Хотя Наталья и не получила столь желанной роли, поход на «Мосфильм» не прошел даром. Начинающую актрису рекомендовали актеру и режиссёру Владимиру Басову, и тот, без проб, взял ее на одну из центральных ролей в свой фильм «Тишина» (1963).
За время съемок у актрисы и режиссёра сложились самые теплые отношения, впоследствии они работали вместе в фильме «Щит и меч» (1968), где Наталья сыграла одну из самых запоминающихся ролей разведчицы Эльзы.
Фильм «Тишина» был хорошо принят зрителями и имел хорошую фестивальную историю и прокатывался по всему миру. Наталья оказалась в делегации, представлявшей картину в Париже. Впоследствии актриса была частой гостьей на разнообразных фестивалях на многих континентах.
На фестивале молодежи в Японии она подружилась с известным композитором Ясуси Акутагава, сыном знаменитого японского писателя Рюноске Акутагава. Ясуси Акутагава даже посвятил Наталье одну из своих композиций.
Начинающая актриса так понравилась французским кинематографистам в «Тишине», что ее пригласили на роль русской балерины в совместный советско-французский фильм «Третья молодость» (1965). Правда, популярность фильма не снискал, и карьера актрисы пошла на спад.
Актриса сыграла ряд заметных, но небольших ролей в фильмах «Николай Бауман» (1967), «По Руси» (1968) и «Щит и меч» (1968). У нее были и центральные роли, но в проходных фильмах, не оставшихся в памяти зрителя.
Наталья решила попробовать себя в режиссуре и вернуться во ВГИК, учиться уже на режиссерском факультете. Как режиссер, она сняла два фильма, «Служба ликвидации» (1979) и «Ураган приходит неожиданно» (1983).
Сценаристом фильма «Ураган приходит неожиданно» выступил влиятельный писатель и деятель культуры Анатолий Софронов, который в то время покровительствовал Наталье.
Попробовав себя в качестве режиссера, Наталья поняла, что это не ее стезя. Она продолжала играть небольшие роли и много путешествовала по миру. Во время своего пребывания в Индии она увлеклась йогой и творчеством индийского художника Святослава Рериха, а также всякого рода восточными религиозными практиками.
Со временем актриса перешла на второстепенные возрастные роли. Исполнила главную роль в драме «Алмазная тропа» (1978), совместного производства СССР и ФРГ. Однако по итогу ее актерской карьеры, самой заметной осталась ее первая роль в фильме «Тишина».
За то актриса обрела свое женское счастье; в возрасте 46 лет она вышла замуж за ученого историка Николя Лисова. В отличие от первого недолгого брака с литератором и кинокритиком Леонидом Череватенко, этот союз оказался счастливым.
Начиная с 1990-х, актриса почти не снималась и была окончательно забыта зрителем, но, несмотря на это, она была счастлива в тихой семейной жизни с супругом; детей у них не было.
В 2010-е годы здоровье Натальи Яковлевны резко подорвалось, а в 2019 году скончался любимый муж. Последние свои годы актриса прожила больной и одинокой и ушла 21 мая 2022 года на 92-м году жизни.
