Родилась 21 октября 1955 года в селе Язво Лядского района (в 1959 году упразднен, его территория разделена между другими районами) Псковской области.
В 1978 году Наталья Комарова окончила инженерно-экономический факультет Коммунарского горно-металлургического института (ныне Донбасский государственный технический университет) по специальности «экономика и организация строительства», квалификация «инженер-экономист».
В 1978-1980 годы — техник по труду лаборатории научной организации труда, экономист планово-экономического отдела управления капитального строительства Коммунарского металлургического завода.
В 1980 году переехала в Новый Уренгой (Ямало-Ненецкий автономный округ).
До 1992 года работала в исполнительном комитете городского Совета народных депутатов: с 1980 года — старший инспектор по учету и распределению жилой площади, с 1988 года — руководитель городской плановой комиссии, заместитель председателя горисполкома.
Была депутатом городского совета Нового Уренгоя.
С 1992 по 1994 год — первый заместитель главы администрации Нового Уренгоя.
В 1994-2000 годы — глава администрации (с 1997 года — мэр) Нового Уренгоя. В 1994 году назначена главой администрации города.
16 марта 1997 года состоялись первые выборы мэра муниципального образования город Новый Уренгой, на которых была избрана Наталья Комарова.
В 1994-1997 годы — депутат парламента Ямало-Ненецкого автономного округа I созыва и Новоуренгойского городского собрания.
17 декабря 1995 года баллотировалась в Государственную думу РФ II созыва по Ямало-Ненецкому одномандатному округу №225. В Думу не прошла.
С октября 2000 года по декабрь 2001 года занимала должность первого заместителя губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа.
В 2001-2003 годах — депутат Государственной думы РФ III созыва.
В 2003-2007 годах — депутат Госдумы РФ IV созыва.
В 2007-2010 годы — депутат Госдумы РФ V созыва.
С 2010 года — губернатор Ханты-Мансийского автономного округа — Югры. Третья в России женщина — глава субъекта Федерации.
15 февраля 2010 года Дума ХМАО наделила Наталью Комарову полномочиями главы региона по представлению президента РФ.
4 декабря 2011 года на выборах в Государственную думу VI созыва возглавила региональный список партии «Единая Россия» в Ханты-Мансийском автономном округе. После выборов от депутатского мандата отказалась.
На выборах депутатов Тюменской областной Думы пятого созыва в 2011 году прошла по списку — отказалась от мандата.
27 февраля 2015 года, в связи с истечением срока полномочий на посту губернатора Ханты-Мансийского автономного округа — Югры, назначена временно исполняющей обязанности главы региона.
13 сентября 2015 года депутаты Думы Ханты-Мансийского автономного округа избрали ее губернатором ХМАО на очередной срок.
13 сентября 2020 года вновь избрана и вступила в должность Губернатора Ханты-Мансийского автономного округа — Югры.
30 мая 2024 года Наталья Комарова объявила, что уходит в отставку с должности губернатора ХМАО.