Наталия Антонова родилась 12 марта 1974 года в совершенно не актерской семье военнослужащего и педагога. Никто и не думал, что после школы и окончания факультета менеджмента при Московском экономическом государственном университете девочка загорится актерским ремеслом. Она усиленно готовилась для поступления в ВТУ имени Щукина, занимаясь в театре-студии, репетируя прямо на дому. Она всегда была уверена, что ее труд, опыт и теория помогут ей стать актрисой. И она поступила в училище. Училась вместе с Ольгой Будиной и Еленой Захаровой.Уже с четвертого курса училища ее приглашают на роль Сашеньки в постановку по рассказу Чехова на сцену театра имени Гоголя в Москве, а с 1997 года она становится ведущей актрисой в постановках спектаклей "Иванов", "Верная жена", "Мое преступление", "Мышьяк и... старинные кружева", "Женщина с прошлым", "Чужой ребенок", "Госпожа метелица" и в других. Ей все удается, играет она легко и естественно, труппа театра приняла молодую актрису с распростертыми объятиями. Хотя сама Наташа сначала боялась сплетен и пересудов, но все обошлось и ее страхам не суждено выло сбыться.В 1996 году, будучи еще студенткой училища, Наталья выходит замуж и рожает первенца Артема, но счастье длилось недолго. Через некоторое время молодая семья распалась. Наталья снова выходит замуж, и в 2005 у молодой пары рождается наследник Никита, в апреле 2007-го Наташа рожает третьего сына - Максима.Уже тогда все близкие Наташи были заражены ее актерским творчеством. В 2001 году в съемках телесериала "Бригада" вместе с Сергеем Безруковым принимает участие 5-летний сын актрисы Артем, но мама не дала ему больше сниматься, так как мальчуган очень уставал на съемках, становился нервным и капризничал. Но зато младшая сестра Антоновой Света и двоюродный брат Олег Мосалёв пошли по стопам сестры, снимаются в телевизионных сериалах и являются членами коллектива Российского театра молодежи.