Наталья Фатеева родилась в Харькове. В 1952-1954 годах будущая актриса училась в Харьковском театральном институте, а в 1958 году окончила ВГИК.

Дебют Натальи Фатеевой на экране состоялся в 1956 году, когда она сыграла в картине «Есть такой парень». Помимо указанных Дмитрием Медведевым фильмов, играла в картинах «Табачный капитан», «Москва - Кассиопея», «Из жизни начальника уголовного розыска» и других.

Награждена орденом Почета.

Президент России Дмитрий Медведев по случаю юбилея направил поздравительную телеграмму народной артистке РСФСР Наталье Фатеевой.

В послании, размещенном на официальном сайте главы РФ, особо подчеркивается, что актрисе блестяще «удаются и характерные драматические, и темпераментные комедийные роли». «Особенно зрителям запомнились Ваши героини в таких картинах как «Три плюс два», «Здравствуй, это я», «Место встречи изменить нельзя», - подчеркнул Дмитрий Медведев.