Света Наталија рођена је 1889. године у граду Ељецу, Орловска губернија, у породици столара Николаја Николајевича Уљанова.
Године 1910. Наталија се преселила у Москву и ушла у Новодевићи манастир, где је служила до његовог затварања 1922. године. Након затварања манастира, остала је да живи у једној од манастирских ћелија, које су претворене у комуналне станове. Наталија је служила као певчица и псалмопевка, а 1930. године је ушла у државну службу.
9. марта 1938. године, Наталија је ухапшена под оптужбом за непријатељску агитацију против колективног система. Наталија је одбила да призна своју кривицу, тврдећи да није водила агитацију. 15. марта, тројка НКВД-а осудила ју је на смртну казну.
Света Наталија Уљанова је стрељана 22. марта 1938. године и сахрањена у безимену масовну гробницу на стрелишту Бутово код Москве.
