Родилась 14 июля 1958 года в Ленинграде.
Мать Маргарита Васильевна — школьная учительница, отец — военнослужащий, умер через два дня после рождения дочери. Окончила музыкальную школу по классу фортепиано, одновременно снималась на «Ленфильме», ещё школьницей сыграла в эпизодах в кинофильме Бориса Фрумина «Дневник директора школы». О годах своей юности она позже подробно напишет в своей биографической книге «Мама, я жулика люблю»
Выйдя замуж в 17 лет, в 1975 году вслед за первым мужем Аркадием Гусаковым, эмигрировавшим за год до того, через Австрию и Рим эмигрировала в США. Добилась международного признания как манекенщица. Снялась для обложки диска группы «The Cars». Брала частные уроки актёрского мастерства, училась в Лос-Анджелесском городском колледже и консерватории по классу вокала. Работала с джаз-группами, в пиано-баре, в русских ресторанах США — «Ренессанс» Сан-Франциско, «Миша» Лос-Анджелес, «Голден Палас» Нью-Йорк (Брайтон-Бич), исполняя русские романсы и популярные мелодии из мюзиклов. В фильме «Чёрный шар» («Black marble», 1980) на студии «XX век Фокс» (режиссёр Харольд Беккер (Harold Becker)) сыграла роль исполнительницы русских романсов.
В 1982 году переехала в Париж, где продолжила концертировать в увеселительных заведениях (фрагменты этих программ вошли в компакт-диск «Париж-Кабаре Рюс», записанный в Париже в 1993 году), пела в ресторанах «Балалайка» и «Chez Raspoutine» (вместе с А. Дмитриевичем). Параллельно продолжала заниматься литературной деятельностью.
В начале 1990-х наладила сотрудничество с отечественной периодикой («Лимонка», «Новый Взгляд», «Смена», «День»/«Завтра», «Иностранец»). Опубликовала ряд имевших успех автобиографических романов («Мама, я жулика люблю», «Отель „Калифорния“», «Любовь с алкоголем», «Моя борьба»). В тот же период начала писать собственные песни. Про журналистику в своем интервью Ярославу Могутину говорила:
В 1989 году впервые после долгого перерыва посетила СССР, а в 1992 году возвращается на родину окончательно, тогда же издателем Александром Шаталовым выпускается её первая в России книга — «Отель „Калифорния“». Её книги во многом строятся на газетных публикациях:
Деятельность в качестве журналиста сопряжена со скандалами: в июне 1994 года Пресненский суд Москвы обязал газету «Новый Взгляд», напечатавшую статью Медведевой о пиратском издании книг её мужа, опубликовать опровержение и выплатить 1 млн руб. компенсации издательству. В эту пору она позиционирует себя как «парижского корреспондента» московской газеты «Новый Взгляд». Её журналистская активность замечена: Константин Эрнст снимает о писательнице выпуск программы «Матадор» для телекомпании ВИD (Первый канал).
К февралю 1996 года сложился постоянный аккомпанирующий состав, названный «Трибунал Натальи Медведевой» (Сергей «Боров» Высокосов («Коррозия Металла») — гитара, Игорь Вдовиченко — бас-гитара, Юрий Кистенев («Альянс») — ударные). Первый концерт коллектива состоялся в марте 1996 года. Стиль группы сама Наталья определила как «панк-кабаре». Последний альбом был издан на ОРТ-рекордз в 1999 году и назван так же, как и одна из последних её книг — «А у них была страсть». В 2001 году Наталья Медведева создает проект NATO, направленный против войн на Кавказе и Балканах, с 2002 года давала редкие концерты вместе с Сергеем Высокосовым.
Принимала участие в телевизионных программах «Акулы пера» (1995), «Антропология» (1997), «Рождественские встречи» (1998).
В Америке Наталья Медведева ещё раз была замужем — за владельцем ювелирного магазина Александром Плаксиным.
C 1983 по 1995 годы — жена Эдуарда Лимонова, который был её третьим и последним мужем. В последние годы супруги вместе не жили, но официально не разводились.
В середине 1990-х годов познакомилась с Сергеем Высокосовым (музыкант из «Коррозии металла»), который стал её гражданским мужем, с кем певица жила до своей кончины.
3 февраля 2003 года в Москве в возрасте 44 лет умерла во сне. По данным врачей, смерть наступила в результате инсульта. Кремирована в крематории Хованского кладбища. Похоронена на Большеохтинском кладбище в Санкт-Петербурге рядом с могилой своего отца. Часть праха Натальи Медведевой, согласно её завещанию, была развеяна в четырёх городах: Париже, Лос-Анжелесе, Москве и Санкт-Петербурге.