Наталья Вавилова стала известной после выхода фильма "Москва слезам не верит" режиссера Владимира Меньшова. Она сыграла роль Александры - дочери главной героини фильма, и сразу завоевала сердца миллионов зрителей.
Наташе Вавиловой было 14 лет, когда ассистент режиссера Юлия Солнцева заметила ее и предложила сняться в фильме "Такие высокие горы". Ее родители неодобрительно отнеслись к идее продолжать сниматься в кино, но после звонка от Владимира Меньшова они все же согласились отпустить дочь.
После выхода фильма "Москва слезам не верит" Наталья стала известной на всю страну. На премьере фильма она познакомилась с Самвелом Гаспаровым, экс-однокашником Меньшова, и они поженились, несмотря на разницу в возрасте в 20 лет.
В 1986 году Наталью пригласили сняться в фильме "Николай Подвойский". Однажды, когда она находилась на ипподроме, работник по ошибке вывел ей неподходящую лошадь. Животное было травмировано и встало на дыбы, когда Наталья на него взобралась. В результате падения она потеряла ребенка и больше не смогла забеременеть. Руководство приказало Вавиловой молчать.
После этого Наталья перестала активно сниматься, хотя ей было всего 32 года. Вместе с мужем они переехали в загородный дом и прожили там более 40 лет. В 2018 году они продали дом и переехали в маленькую квартиру в Москве.
В мае 2020 года Самвел Гаспаров ушел из жизни после продолжительной болезни желудка. Смерть мужа сильно подкосила Наталью, и она нашла утешение в вере, часто бывает в церкви и общается со священниками. Она стала затворницей, живет уединенной жизнью и практически ни с кем не общается.
На данный момент Наталья Вавилова по-прежнему остается одна.