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Nació en Montevideo, Uruguay.
Estudió teatro tras descubrir su vocación.
Se presentó a una audición que pedía jóvenes actores y ello le abrió paso a una exitosa carrera como modelo publicitaria.
Se calcula que ha participado en unos 30 avisos publicitarios.
Fue elegida como “paquita” de la conductora brasileña Xuxa, para que la acompañe en sus giras y en sus programas de televisión. En aquella época, Xuxa, era una referente del entretenimiento infantil en Latinoamérica.
Decidió irse de Uruguay y se asentó en Buenos Aires, donde su carrera tenía más posibilidades de crecer.
Su primer trabajo importante en la televisión argentina fue un pequeño rol en la telenovela Inconquistable Corazón, con Pablo Rago y Paola Krum.
Participó con un personaje más relevante en la novela Dulce Ana.
Protagonizó la novela 90-60-90 modelos, pero su consagración se produjo un año después, en Ricos Famosos, otra telenovela producida y emitida por canal 9.
No solo se impuso en materia de audiencia, en su franja horaria, sino que la historia fue vendida al exterior, proyectando su carrera internacionalmente.
Protagonizó la novela Muñeca Brava, junto a Facundo Arana, producida por Raúl Lecouna, y emitida por Telefé.
Sin lugar a duda, Muñeca Brava, fue el gran éxito de su carrera. Primera en el rating y vendida a muchos países donde la actriz se convirtió en una estrella, especialmente en Rusia. Recibió dos nominaciones seguidas al premio Martín Fierro, en la categoría de mejor actriz, por su papel de Cholito.
La historia aborda el romance entre Cholito/Milagros, una joven pobre y huérfana que se enamora de su patrón.
Debutó en cine junto a Guillermo Francella, con la película Un argentino en Nueva York, donde interpretó a una joven que pretende triunfar como cantante.
La historia coincidió con su realidad y proyecto de incursionar en la música.
Lanzó al mercado su primer álbum homónimo, que contiene el hit Me muero de amor, y también la cortina musical de otro de sus grandes éxitos en TV: la novela Muñeca Brava.
Recibió el premio Celebridad del Año, de parte de la cadena de espectáculos E! Entertainment Television.
Se dedicó a su carrera de cantante y editó el segundo disco Tu veneno.
Inició su relación con el músico Ricardo Mollo, ex integrante del grupo de rock Sumo, y por entonces de la reconocida agrupación Divididos.
El romance rápidamente despertó el interés de la prensa del corazón y por supuesto muchos comentarios respecto de la diferencia de edad entre ambos: 20 años.
El amor continuó hasta la actualidad y fruto de él, nació el hijo de la pareja: Merlín Atahualpa.
Emprendió una gira musical por varios países de Europa del este.
Participó del Festival de Viña del Mar.
Salió a la venta su tercer disco: Turmalina.
Protagonizó la novela Kachorra, junto a Pablo Rago y con producción de Gustavo Yankelevich, sobre una idea original propia.
Estelarizó en cine la película Cleopatra junto a dos actores consagrados: Leonardo Sbaraglia y Norma Aleandro.
Actuó en el programa El Deseo, por Telefé, pero no logró el éxito esperado.
Volvió al éxito con la novela Sos mi vida, reeditando la exitosa dupla con Facundo Arana.
Lanzó al mercado la marca de indumentaria femenina Las Oreiro, junto a su hermana Adriana.
Se desempeñó junto a Diego Peretti en la película Música en espera.
Tuvo un rol protagónico en la película Miss Tacuarembó.
Intervino en la comedia Mi primera boda con Daniel Hendler.
Nació su hijo Merlín Atahualpa.
Se estrenó la película Infancia Clandestina, que estuvo preseleccionada para participar en los premios Oscar y en los Goya. Aborda el tema de la última dictadura militar en Argentina (1976).
Estelarizó junto a Adrián Suar la telenovela Solamente vos por canal 13.
Se estrenó la película Wakolda, que protagoniza junto a Diego Peretti y que trata sobre la presencia del nazi Josef Mengele cuando vivió en Argentina.
Fue preseleccionada para participar del Premio Oscar.
Natalia ganó un premio Cóndor de plata por su actuación.
Protagonizó el programa Entre Caníbales, dirigida por Juan José Campanella.
Interpretó a la fallecida cantante de cumbia Gilda, para su película autobiográfica: Gilda: no me arrepiento de este amor. Grabó la banda sonora del filme.
Actuó en la película Re loca, una reversión de la original chilena Sin filtro.
Se estrenó su documental Nasha Natasha, por la plataforma Netflix, el cual aborda el éxito de la actriz y cantante en Rusia.
Recibió la ciudadanía rusa, que también la hicieron extensiva a su hijo Merlín.
Cabe destacarse que, si bien Natalia es uno de los personajes célebres de Argentina y Uruguay, en Rusia, está considerada una estrella indiscutida, y cada vez que viaja allí sus fanáticos se agolpan de a miles para verla.
El amor por Natalia nació en el año 2000 cuando empezó a emitirse la novela Muñeca Brava.
Es una activa participante de diversas campañas y causas benéficas vinculadas con UNICEF y Greenpeace, entre otras.