Fue diputada por el 10.º distrito de la Región Metropolitana como Independiente por el Frente Amplio, por el período 2018-2022.

Entre 2011 y 2012 cursó un Diplomado en Derecho Penal Sustantivo Parte Especial, en la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC).

En 2012, realizó un Diplomado de Reforma al Derecho del Trabajo en la Universidad Alberto Hurtado.

En 2008, comenzó a trabajar en el Consejo de Defensa del Estado (CDE) como procuradora, lugar en el que se desempeñó hasta 2012.

[4]​ El 30 de diciembre del mismo año Natalia Castillo junto al Partido Liberal (liderado por Vlado Mirosevic) y su excompañero en RD, Pablo Vidal, anunciaron la creación de una nueva plataforma política llamada «Nuevo Trato», conformada por figuras bacheletistas, socialdemócratas, progresistas e independientes del mundo civil, como el jurista Agustín Squella y la ex presidenta FEUC Sofía Barahona, entre otros.