Hija del gran duque Pablo Románov y de Olga Valeriánovna von Pistohlkors, conocida como la Princesa Paléi.

Gracias a los esfuerzos de su madre, Natalia y su hermana Irina lograron llegar a la frontera finlandesa, con la ayuda de un soldado del Ejército blanco, durante el cual caminaron sin descanso dos días y dos noches.

De Finlandia pasaron a Dinamarca, donde más adelante su madre se reunió con ellas.

Conoció al modista Lucien Lelong, para quien trabajó como modelo y con quién se casó en 1927.

Más adelante conoció en Milán a Lucchino Visconti para quién actuó en una película.