Наталья Вавилова появилась на свет в семье дипломата. Жила будущая знаменитость на Ленинском проспекте поблизости «Мосфильма». Дебютной работой актрисы стал фильм «Такие высокие горы», снятый 1974 году, однако первая слава пришла к ней после съемок в картине «Розыгрыш» Владимира Меньшова. По настоянию родителей юная знаменитость отправилась на курсы в МИД Советского Союза. Когда Меньшов собрался снимать фильм «Москва слезам не верит», то решил, что роль дочери главной героини Александры Тихомировой должна играть именно Наталья Вавилова. Артистка на звонки не отвечала, поэтому режиссер приехал к ней домой лично. Родителям пришлось уступить кинодеятелю. После выхода картины на экраны Наталья Вавилова проснулась знаменитой на весь Советский Союз.
На премьере фильма актриса познакомилась с будущим супругом режиссером Самвелом Гаспаровым. Знаменитости прожили вместе 40 лет. В мае 2020 режиссер скончался от коронавирусной инфекции. При жизни супруг артистки рассказывал, что Наталье Вавиловой поступало огромное количество предложений, однако стоящих ролей не было.
В 1986 году актриса получила травму на съемках фильма «Николай Подвойский». Уже через 2 недели артистка планировала вернуться на площадку, однако режиссер Юрий Борецкий успел найти ей замену. Душевная травма оказалась намного серьезнее физической. Актриса взяла длительный творческий отпуск, во время которого много путешествовала по Европе и занималась благотворительностью.
Контактов с прессой Наталья Вавилова долгие годы старалась избегать. Известно, что актриса в настоящее время проживает в Москве. Правда, на экранах она больше не появляется.
Общество с ограниченной ответственностью «Три «Ч», «Совет матерей и жен», Ассоциация «Экспертно, Челябинское региональное диабетическое общественное движение «ВМЕСТЕ», Телеканал Настоящее Время признаны в РФ иностранными агентами.
