Наталья Сергеевна Бондарчук родилась 10 мая 1950 года в Москве, в семье режиссера Сергея Бондарчука и актрисы Инны Макаровой.
В 1971 Наталья окончила актёрский факультет Всесоюзного государственного института кинематографии (мастерская Сергея Герасимова и Тамары Макаровой), в 1975 — режиссёрский факультет ВГИКа (у тех же мастеров).

Актриса
В кино Наталья Бондарчук дебютировала в 1970 году, в фильме «У озера», затем снялась в лентах «Пришёл солдат с фронта», «Ты и я», «Солярис» (1973), «Звезда пленительного счастья» (1975), «Красное и черное» (телефильм,1976), «Детство Бемби» (1985), «Лермонтов» (1986) и др.
В качестве режиссёра и сценариста Наталья дебютировала в 1975 году новеллой «Бессчастная Матренка» в альманахе «Пошехонская старина». Наибольшую известность получили два фильма, поставленные Н.Бондарчук в конце 1980-х годов по своим сценариям, — «Детство Бемби» и «Юность Бемби».
После успеха "Соляриса" у Натальи было до 40 предложений в месяц сниматься, однако Наталья Сергеевна не спешила их принимать, не хотелось девальвировать свой образ. За последующие годы было сыграно лишь около десятка ролей, зато ни одна из них не была проходной: Мария Волконская в драме Владимира Мотыля "Звезда пленительного счастья", госпожа де Реналь в телеэкранизации "Красное и черное", царевна Софья в исторической дилогии "Юность Петра" и "В начале славных дел", поставленных Сергеем Герасимовым.

Режиссер
В качестве режиссера и сценариста Наталья Бондарчук дебютировала в 1975 году новеллой "Бессчастная Матренка" в альманахе "Пошехонская старина" по роману Салтыкова-Щедрина - это был диплом, делали его вместе с Николаем Бурляевым и Игорем Хуциевым. Затем был "Медный всадник" Александра Пушкина с Сергеем Аполлинарьевичем Герасимовым, который снимался у нее в главной роли - учитель у ученицы. Следующий фильм - "Живая радуга" по роману Носова.

Наибольшую известность получили два фильма, поставленные Натальей Бондарчук в конце 80-х годов по сценариям, написанным в соавторстве с писателем Юрием Нагибиным - "Детство Бемби" и "Юность Бемби". В фильме снялись ближайшие родственники Натальи Сергеевны: сын Ваня Бурляев, мама Инна Макарова, муж Николай Бурляев и, наконец, сама Наталья Бондарчук. Всю эту теплую семейную компанию удачно разбавляют Марис Лиепа и Лев Дуров. Дилогия о Бэмби была отмечена большим количеством наград - более пятнадцати. Эти фильмы посмотрели в первые же месяцы 9 миллионов детей.
Дети так полюбили этот фильм, что стали объединяться вокруг Натальи Сергеевны, и так возник Московский детский театр "Бемби", руководителем которого она теперь является.

В 1992 году Наталья Сергеевеа сняла "Просите, и будет вам" - православный фильм по роману Лескова "Зверь". Дальше снимать стало сложно, потому что это было начало развала отечественного кинематографа. С этого времени Наталья Сергеевна стала снимать документальные фильмы, посвященные семье Николая Константиновича Рериха, мировоззрение которого она приняла к 30 годам.
С именем Рериха связана Трансгималайская экспедиция, поэтому она прошла часть этого маршрута. Он пролегал вдоль реки Белухи, что в горном Алтае, очень труднодоступном. Так появились телевизионные документальные фильмы о Рерихах, о Гималаях.

В 1999 году Наталья Бондарчук завершила картину "Одна любовь души моей", рассказывающей о судьбах Александра Пушкина и Марии Волконской.
К теме Пушкина она обратилась и в 2006 году сняв фильм "Пушкин: последняя дуэль". Сняв фильм о Лермонтове, картину о Пушкине Наталья Бондарчук на этом не остановилась, в 2009 году вышла картина посвященная Гоголю.

Личная жизнь
Хотя Наталья Сергеевна Бондарчук и родилась в Москве, но не любит города, предпочитает жить на даче. Она не любит водить машину, но объехала 42 страны, из них Норвегию и Новую Зеландию на машине целиком. Компьютеры не любит, но может сутками сидеть в собственной монтажной, на которой "играет, как на пианино". При ее нелюбви к технике, она, при съемке и монтаже картины "Одна любовь души моей", использовала самые что ни на есть передовые технологии.

Наталья Бондарчук была замужем за актером и режиссером Николаем Петровичем Бурляевым. В этом браке у них родились двое детей: сын - Иван и дочка Мария. Сейчас замужем за актером Игорем Днестрянским, который младше ее на 20 лет.