Впервые узами брака Наталья Варлей связала себя в 20-летнем возрасте. Её избранником стал кинорежиссёр Николай Бурляев. И хотя актриса вышла замуж по большой любви, семья вскоре распалась. Артистка считает, что причиной тому была их молодость.
Вторым мужем Натальи Варлей стал однокурсник Владимир Тихонов. Через некоторое время после заключения семейного союза выяснилось, что у актёра имеется серьёзная алкогольная и наркотическая зависимость. Любящая супруга, как могла, боролась за избранника, но со временем осознала: ей в этой битве не победить, а потому приняла решение уйди от него.
Брак не смог уберечь и родившийся у Варлей и Тихонова сын Василий. Актриса даже после развода общалась с бывшим мужем и старалась его обратить на верный путь, в отличие от Василия, который не смог смириться с поведением отца и его выбором не в пользу семьи. По словам актрисы, экс-супруг незадолго до смерти (в возрасте 40 лет) осознал свои ошибки и раскаялся в них.
