Наталья Хорохорина родилась 5 мая 1954 года в совхозе Московский около поселка Внуково в Московской области. Ее мать - учительница и заядлая любительница театра, которая приобщила Наталью к этому искусству. Еще в школе юная будущая актриса начала ходить в театральную студию при Дворце пионеров. После окончания школы Наталья еще год посвятила дополнительному самообразованию. После этого она поступила сразу в два театральных училища: Щукинское и в Щепкинское. В итоге Наталья выбрала Щепкинское училище, где училась на курсе В. Коршунова. В студенческие годы актриса вышла замуж, однако брак просуществовал недолго, и Наталья вскоре развелась с мужем. «Щепку» Наталья окончила в 1976 году. В этом же году состоялось ее дебютное появление на экране в роли учительницы в фильме «Предательница», затем в фильме «Усатый нянь» в роли мамы «Бармалейчика» и ленте «Школьный вальс» в эпизодической роли рабочей на стройке. По окончании училища актриса начала работать в московских театрах: «Московская камерная труппа», «Ковчег», «Сфера». В «Сфере» актриса проработала 11 лет и играла там очень много самых разных ролей. Среди ярких театральных работ Натальи Хорохориной - Аркадина в «Чайке», Жозефина Богарне в «Корсиканке» и мадам Жамбон в «Пока мой муж ловил треску».
В период с конца 70-начала 80-х годов Наталья Хорохорина снялась в таких фильмах, как «Безбилетная пассажирка», «Отец и сын», «Пираты XX века», «Вторжение», «Цыганское счастье», «Купальская ночь». В 1983 году зрители увидели актрису в роли Веры Матруниной в комедии Игоря Добролюбова «Белые росы», а в следующем году Хорохорина сыграла Клавдию Иванцову в мини-сериале «Неизвестный солдат».
Позже актриса снялась в лентах «Двое и одна», «Не сошлись характерами», «Высший класс», «Любить по-русски-2». В 2000-ые годы актриса начала активно сниматься в сериалах, исполнив различные в роли в «Дальнобойщиках», «Пятый ангел», «Жених для Барби», «Холостяки», «Богатство», «Галина» и других.
В 2004 году Наталья Хорохорина была удостоена звания «Заслуженная артистка России».
В 2013 году Хорохорина снялась в многосерийных фильмах «Королева бандитов», «Право на любовь» и «Брат и сестра».
В начале 90-х годов Наталья во второй раз вышла замуж за выходца из Казахстана Владимира Соболева.
В 1992 году у пары родилась дочь Аня. В начале 2000-х годов актриса развелась.
Актриса снималась в российской рекламе: так, зрители могли видеть ее в роликах «Пышка», «Фастумгель» и других. Кроме того, Наталья выступала в роли ведущей - вела на Первом канале программу «Библиомания».
