Наталья Назарова родилась 26 мая 1979 года. Легкой атлетикой начала заниматься в пятнадцать лет. После одного из школьных кроссов ее первый тренер предложил девочке заниматься легкой атлетикой в его группе. Первым тренером стал Заслуженный тренер России И.М. Бахтияров. После школы Наталья училась в Российском государственном университете физической культуры.
В 1999 году вошла в состав сборной команды России. Победительница Кубка Европы 1999 года. Тогда же завоевала титулы Чемпиона Мира и России. Подтверждала достижения Чемпиона Мира в 2003, 2004, 2006, 2008 годах. Чемпионство России завоевывала в 2000, 2003, 2004, 2006, 2010 в беге на 400 метров, в эстафете 4х400 метров на стадионе и в помещении.
На XXVII летних Олимпийских играх, прошедших с 15 сентября по 1 октября 2000 года в Австралийском городе Сидней, заняла третье место. На следующих Олимпиадах 2004 и 2012 года становилась серебряным призером в эстафете 4х400 метров.
Спортсменка в 2004 году стала обладательницей высшего мирового достижения в беге на 500 метров в помещении с результатом 1.07,36. Тогда же установила личный рекорд в беге на 400 метров, 49.65 секунды.
Назарова является рекордсменом Мира в эстафете 4х400 метров в помещении. Семикратный Чемпион Мира, десятикратный Чемпион России. Чемпион Европы в эстафете и серебряный призер Чемпионатов Европы.
Тренируется под руководством Заслуженного тренера России Людмилы Владимировны Федоривой. Специализируется в беге на 400 метров, в том числе эстафете. Рост спортсменки 168 сантиметров; вес 57 килограммов.
За большой вклад в развитие физической культуры и спорта, высокие спортивные достижения удостоена Почетного звания «Заслуженный мастер спорта Российской Федерации». Награждена Орденом Дружбы I степени, медалями ордена «За заслуги перед Отечеством» I и II степени.