Наталья Романычева родилась 5 сентября 1982 года в Симферополе. В детстве Наталья меняла увлечения одно за другим: спортивные танцы, ушу, кружок походников, народный хор, кружок вышивки. Когда в школе объявили о наборе в театральную студию, Наталья записалась туда за компанию с одноклассниками. Оказавшись на сцене, будущая актриса поняла, что, наконец, нашла занятие по душе. По окончании старших классов она поступила в Школу-студию при Крымском академическом драмтеатре им. Горького.
Наталья Романычева дебютировала в кино в 19 лет, сыграв эпизодическую героиню в фильме Валерия Пендраковского «Два товарища» (2001). Следом она появилась в малобюджетной криминальной драме Игоря Низамутдинова «Танец на краю пропасти» (2002), рассказывающей о дочери «нового русского», которая решает порвать с прошлым и устраивается танцовщицей в клуб. В 2004 году Наталья окончила институт и присоединилась к труппе Севастопольского драматического театра. В кино актриса снималась крайне редко, только в маловыдающихся «мыльных» сериалах. В 2007 году она исполнила небольшую роль в теле-мелодраме «Когда ее совсем не ждешь», а в 2008-ом появилась в криминальном сериале «Хорошие парни».
В 28 лет карьера Романычевой претерпела ощутимый перелом. Режиссер Антон Борматов выбрал Наталью из десятков других претенденток на главную роль в драму «Чужая» (2010), посвященную лихим девяностым. Четыре «братка» получают задание доставить в бандитский Киев из Праги девушку по прозвищу Чужая, сестру арестованного криминального авторитета Бабая. «История с "Чужой" очень живо обсуждалась в моем театре. В духе "Не опозорь же!"», – признавалась Романычева. Однако «сомнительная» роль принесла украинской актрисе известность в России, после чего ее стали приглашать в другие проекты. Наталья сыграла главную героиню Таню в сериале «Девичья охота» (2011), а затем снялась в детективе Николая Хомерики «Синдром дракона» (2012), основанном на реальных событиях. «Синдром дракона» рассказывает о группе высокопоставленных чиновников НКВД и КПСС, присвоивших культурные и исторические ценности времен Второй мировой войны. Романычева предстала в образе агента КГБ, помощницы героя Алексея Гуськова.
В настоящее время Наталья по-прежнему выступает в Севастопольском театре, иногда приезжает сниматься в Москву.
