Наталья Гусева родилась в Звенигороде 15 февраля 1972 года. Однажды в её школу пришёл ассистент с Киностудии им. М. Горького, который искал детей с хорошей дикцией. Наташа оказалась в числе отобранных и получила приглашение на пробы. Так её первой ролью в кино стала роль школьницы в детском короткометражном фильме «Опасные пустяки» (1983), который был снят для учебного ознакомления детей с правилами дорожного движения. На озвучивании своей роли Наташа попалась на глаза ассистенту Павла Арсенова, который искал девочку на роль Алисы Селезнёвой в телефильме «Гостья из будущего».
«Гостья из будущего» — советский детский пятисерийный телевизионный художественный фильм, снятый на киностудии им. Горького в 1983—84 годах кинорежиссёром Павлом Арсеновым по мотивам фантастической повести Кира Булычёва «Сто лет тому вперёд» (1977).
Наталья никогда не мечтала стать профессиональной актрисой, так как с детства увлекалась биологией и съёмки в кино считала не более, чем детским приключением. Закончив школу в 1989 году она поступила в Московский институт тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова (МИТХТ) на отделение биотехнологии, который закончила в 1994 году. После этого длительное время работала научным сотрудником НИИ. В настоящее время Наталья является одним из руководителей компании, разрабатывающей и производящей иммуноферментные тест-системы для диагностики ряда инфекционных заболеваний.