Наталия родилась 11 февраля 1979 года в Москве в семье инженера и школьной учительницы. С девяти лет девочка занималась бальными танцами и поначалу хотела связать свое будущее с этим видом искусства, намереваясь поступить в хореографическое училище. Но подруга посоветовала девушке стать актрисой — дескать, у них карьера складывается удачнее, чем у танцовщиц. Так девушка решила поступать в ГИТИС, но провалила экзамены. Чтобы не терять год, она стала студенткой Института современного искусства. А как только в ГИТИСе появилось место, Наталья перевелась в заветный вуз.
В кино Наталия дебютировала в 1999-ом году в фильме Дениса Евстигнеева «Мама». Драма рассказывает о матери, которая ради спасения своих детей решается на преступление и совершает угон самолета — немыслимое в СССР действие. В этой ленте Наталия Солдатова сыграла стюардессу того трагического рейса. В 2001-ом году вышла картина, в которой Солдатова приняла участие, когда еще училась в одиннадцатом классе. В драме Владимира Наумова «Часы без стрелок» (2001) Солдатова сыграла сумасшедшую и очень активную особу без определенного места жительства — по сути, именно это была ее первая роль в кино. В 2003-м году Наталия появилась в телесериале Владимира Грамматикова «Сибирячка». Через год — получила роль Люси в комедийном сериале «Полный вперед!» (2004). Но все это были проходные эпизодические роли.
Только в 2005-ом 26-летнюю актрису впервые пригласили на главную роль. Режиссер Николай Каптан утвердил девушку в телесериал «За все тебя благодарю» (2005). История этой ленты разворачивается в одном из столичных роддомов, где оказываются две молодые женщины – Стелла, жена бизнесмена Вадима Андреевича, и Аня, приехавшая на заработки и брошенная любимым человеком. Ее и играет Наталия Солдатова. Ребенок Стеллы рождается мертвым, и доктор идет на обман, выдав ребенка Ани Терехиной за малыша жены бизнесмена. Слезливая мелодрама имела хорошие рейтинги и успех у телезрителя, а Наталия Солдатова в один миг стала телезвездой. «Мы с моей героиней Аней одинаково смотрим на жизнь. Она честна и с собой, и с окружающими, она не боится выглядеть такой, какая есть, в глазах других, она самозабвенно любит своего ребенка, – признается актриса. – Но я не такая овечка, как Аня Терехина!»
Следом Солдатова играет роль Винценты Данилевской в сериале того же режиссера, Николая Каптана, «Девять жизней Нестора Махно» (2006). Затем она участвует в продолжении нашумевшего мыльного сериала «За все тебя благодарю 2» (2006). В 2008-ом году Солдатова повторяет образ невинной красотки, ставшей жертвой обстоятельств, в очередном сериале – на этот раз украинском – «Колечко с бирюзой» (2008). В том же 2008-ом Наталия исполнила нетипичную для себя роль в драме «Однажды в провинции» – перевоплотилась в мать–алкоголичку, которая растит годовалого младенца.
В 2009-ом году Солдатова вновь снимается в роли Анны Терехиной в продолжении «За все тебя благодарю 3».
В 2012 году Наталия становится главной героиней мини-сериала «Ночная смена», где играет вместе с Иваном Жидковым. Фильм рассказывает о мистическом съемочном процессе, во время которого загадочным образом из кадра исчезает главная актриса фильма.
Наталия замужем, со своим супругом Алексеем актриса познакомилась еще в стенах Института современного искусства. Муж актрисы работает менеджером в административной группе независимого театрального проекта. У супругов двое детей.
