En 2007 interpretó al villano Deborah Ríos en la temporada 15 de la serie Malhação;[1]​ mientras se trabaja en el programa trabajado como extras en la película Tropa de élite, donde interpretó a un estudiante universitario.

Al año siguiente, Nathalia participó en su primera telenovela protagonizada vez en el Paraíso, donde vivió el personaje Maria Rita (Santinha).

En 2011 participó en la novela Cuento encantado, el papel de los "justos" Doralice Peixoto.

En 2013, vivió la vengativa Silvia en Joia Rara, personaje en busca de venganza contra Ernest (Abreu José) y termina enamorándose de este hijo, Víctor (Rafael Cardoso).

En 2015 Nathalia comenzó una relación con el también actor Sergio Guizé, con quien hizo de pareja romántica en la novela Alto Astral (Por siempre).