Наталья Авсеенко родилась 13 февраля 1975 года. Кандидат культурологии, тема кандидатской диссертации: «Американская традиция на российском телевидении». Работала доцентом кафедры Лингвистики и межкультурной коммуникации до 2007 года факультета иностранных языков Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Позднее возглавила свою школу фридайвинга.
Фридайвингом занимается с апреля 2004 года сначала под руководством Натальи Молчановой, а затем самостоятельно. Погружением на глубину занималась с Лоттой Эриксон и Линдой Паганелли. Чемпион Мира по фридайвингу в командном зачете, рекордсмен Мира. Входит в пятерку сильнейших спортсменов за всю историю фридайвинга в дисциплинах: статика, динамика в ластах, постоянный вес, постоянный вес без ласт. Сертифицированный инструктор AIDA, мастер-инструктор, вдохновитель школы по фридайвингу «FSNA».
Наталья совместно с учеными участвовала в эксперименте по изучению языка, эхолокации и поведения белух в Белом море. Также изучались возможности выживания человека в в воде в экстремальных условиях. Плавала в ледяной воде обнаженной и на задержке дыхания. Во время эксперимента поставила рекорд пребывания в ледяной воде, имеющей температуру 2°C, 10 минут 40 секунд во время первого похода. Для обычного человека достаточно нескольких минут, чтобы замерзнуть насмерть.
Об этом эксперименте режиссером Натальей Углицких снят документальный фильм «Потолок». В процессе десятидневной адаптации к таким температурным режимам в воде время пребывания Натальи с погружением затылка в воду увеличивалось. Под водой с надголовной средой находилась около 12 минут, но с возможностью разовых включений в процесс дыхания. Лицевое снаряжение отсутствовало, что также повышало уровень стресса.
Авсеенко является участницей команды Phototeam.pro, которая специализируется на реализации экстремальных подводных арт- и исследовательских проектов. Инструктор-тренер по фридайвингу SSI. Являлась организатором соревнований Moscow Winter Dynamic Contest и Moscow Static Contest.