Наталья Владимировна Дмитриева окончила ЛГИТМиК (класс В. Андрушкевича) в 1968 году. Была принята в труппу Тетра имени Ленинского комсомола, где сыграла главные роли в спектаклях «Святая ночь», «Соломенная шляпка», «Две зимы и три лета», «Три мушкетера», «Ключ без права передачи», «Лошадь Пржевальского», «По ком звонит колокол», «Жаворонок», «Кентавры», «Чайка».
   В 1979 году пришла в труппу Театра имени Ленсовета, где проработала один сезон. Награждена за роль невесты Чарли (Ленком, мюзикл "Тётушка Чарли") на конкурсе "Молодость, мастерство и современность".
   С 1981 года по настоящее время — в Молодежном театре. Среди основных ролей на этой сцене — Мать в спектакле «Отпуск по ранению», Айман Ана («И дольше века длится день»), балерина в «Пяти углах». С приходом в театр С. Спивака играла в спектаклях «Своя семья, или Замужняя невеста», «Трехгрошовая опера», «Маркиз де Сад», «Жаворонок».
   Много работала на телевидении. В кино сыграла более 20 ролей.
   Заслуженная артистка России.