Наталья Дворецкая родилась 25 августа 1984 года в Челябинске, в детстве переехала в Германию, где изучала три языка. В 2012 году окончила Театральный институт им. Щукина. С 2007 года играет в Театре им. Пушкина, участвуя в постановках «Горе от ума» и «Цыганах». В кино дебютировала в 2008 году фильмом «Замёрзшие души». Главную роль в фильме «Ясмин» (2013) стала прорывом в её карьере, после чего снялась в сериалах «Невский», «След Пираньи», «Лесник» и «Карпов».
Кроме актёрской деятельности, Наталья ведёт телевизионные программы об автомобилях и профессиональном развитии. Замужем, увлекается путешествиями и фотографией. Ведёт страницы в Instagram и VK, где делится событиями из жизни.