Первые годы своей жизни она провела в Англии, где на тот момент работали её родители. Но когда пришло время идти в школу, она уехала в Москву, где жила её бабушка. Впервые попасть на съёмочную площадку, о которой она так мечтала, ей удалось в 1965 году, когда она гостила у родителей в Стокгольме. Она сыграла эпизодическую роль Марии Александровны Ульяновой в фильме «Сердце матери», роль досталась ей по большому счёту совершенно случайно.
За год до окончания школы начинающую актрису приняли во ВГИК, где она училась у Сергея Герасимова и Тамары Макаровой. Будучи студенткой второго курса, Наталья снялась у своего учителя в картине «У озера». Главная роль Лены Барминой сделала Белохвостикову лауреатом Государственной премии СССР, а также повлекла за собой весьма привлекательные предложения от режиссёров.
Сразу после получения диплома ВГИКа Наталья Белохвостикова начала работать на Киностудии имени Горького, а уже в 1976 перешла в Театр-студию киноактёра.
За время работы в кино она участвовала в работе многих фильмов, всего их около тридцати. Но свои лучшие роли актриса сыграла в кинокартинах «Тегеран-43», «Легенда о Тиле», «Берег» таких режиссёров, как Владимир Наумов и Александр Алов. Артистка немало снималась и у других режиссёров.
Кстати, с Владимиром Наумовым Наталья Николаевна познакомилась задолго до начала съёмок первой совместной ленты. Это случилось в аэропорте Шереметьево. Они оба летели в Югославию на кинофестиваль. Эта случайная встреча положила начало счастливой семейной жизни, которая подарила актрисе и кинорежиссёру прекрасную дочь Наталью. На сегодняшний день Белохвостикова по-прежнему занимается актёрской деятельностью.
