Единственная советская актриса - обладательница Золотого Кубка Вольпи

В детстве увидела фильм «Лебединое озеро» и решила стать балериной.
В 1956 году семья вернулась в Казахстан. В Алма-Ате Наталья поступила в хореографическую школу, оттуда её направили в Академическое хореографическое училище при Большом театре, которое она окончила в 1964 году.

В том же году её пригласили сниматься в главной роли в фильме Андрея Михалкова-Кончаловского по роману Чингиза Айтматова «Первый учитель».
За эту женскую роль она получила главный приз Венецианского кинофестиваля «Золотой кубок Вольпи» 1966 года, обойдя голливудскую мегазвезду Джейн Фонда. Тогда же вышла замуж за Андрея Кончаловского. Брак, в котором родился сын Егор Кончаловский, продлился 5 лет.

Второй брак (1970) — с художником-постановщиком и живописцем Николаем Двигубским, который работал в фильмах Кончаловского. От этого брака родилась дочь Екатерина (1974), ныне тоже кинорежиссёр и писательница.

Поступила во ВГИК и окончила его в 1971 году.

Третий брак (1982) — с кинорежиссёром Эльдором Уразбаевым, снявшим "Визит к минотавру", 1987 и "Транссибирский экспресс", 1977