Родилась 21 октября 1955 г. в селе Язво Лядского района (в 1959 г. упразднен, его территория разделена между другими районами) Псковской области. Школу окончила в Болгарии. Впоследствии переехала на Украину, в г. Коммунарск (ныне Алчевск, Луганская Народная Республика).
В 1978 г. 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 гг. - техник по труду лаборатории научной организации труда, экономист планово-экономического отдела управления капитального строительства Коммунарского металлургического завода.
В 1980 г. переехала в г. Новый Уренгой (Ямало-Ненецкий автономный округ). До 1992 г. работала в исполнительном комитете городского совета народных депутатов: с 1980 г. - старший инспектор по учету и распределению жилой площади, с 1988 г. - руководитель городской плановой комиссии, заместитель председателя горисполкома.
Была депутатом городского совета Нового Уренгоя.
С 1992 по 1994 г. - первый заместитель главы администрации Нового Уренгоя.
В 1994-2000 гг. – глава администрации (с 1997 г. – мэр) Нового Уренгоя. В 1994 г. назначена главой администрации города. 16 марта 1997 г. избрана на новый срок.
В 1994-1997 гг. - депутат Государственной думы (парламента) Ямало-Ненецкого автономного округа I созыва и Новоуренгойского городского собрания.
17 декабря 1995 г. баллотировалась в Государственную думу РФ II созыва по Ямало-Ненецкому одномандатному округу №225. В Думу не прошла (получила 23,8% голосов избирателей), уступив победу депутату Госдумы I созыва Владимиру Гоману (37,51%).
Одновременно с 1999 г. занималась преподавательской деятельностью: была доцентом кафедры социального менеджмента Ямальского нефтегазового института (филиала) Тюменского государственного нефтегазового университета.
С октября 2000 г. по декабрь 2001 г. занимала должность первого заместителя губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа Юрия Неелова. Возглавляла Экономический совет округа.
В 2001-2003 гг. – депутат Государственной думы РФ III созыва. Была избрана 16 декабря 2001 г. на дополнительных выборах в Госдуму по Ямало-Ненецкому одномандатному округу №225 (выдвинута группой избирателей). Получила 73,30% (второе место занял главный инженер окружной телерадиокомпании "Ямал-Регион" Эдуард Панасюк, 4,78%). В Думе Наталья Комарова входила во фракцию "Единство" (с 2003 г. – "Единая Россия"), была членом комитета Госдумы по труду и социальной политике.
В 2003-2007 гг. – депутат Госдумы РФ IV созыва. Была избрана 7 декабря 2003 г. от партии "Единая Россия" по Ямало-Ненецкому одномандатному округу №225, за нее проголосовали 70,43% избирателей (второе место занял кандидат от Народно-патриотического союза "Родина", председатель совета директоров Ноябрьскэлектросетьстрой Анатолий Кудряшов, 9,01%). Наталья Комарова входила во фракцию "Единая Россия", возглавляла комитет Думы по природным ресурсам и природопользованию.
В 2007-2010 гг. – депутат Госдумы РФ V созыва. 2 декабря 2007 г. вновь была избрана по списку партии "Единая Россия" (второй номер в региональной группе №83, Ямало-Ненецкий автономный округ). Входила в партийную фракцию, занимала должность председателя комитета Госдумы по природным ресурсам, природопользованию и экологии. 28 февраля 2010 г. досрочно сложила полномочия в связи с переходом на госслужбу.
С 2010 по 2024 г. – губернатор Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) – Югры. Стала третьей в России женщиной - главой субъекта Федерации после главы Корякского автономного округа Валентины Броневич (1996-2000) и губернатора Санкт-Петербурга Валентины Матвиенко (2003-2010 ).
15 февраля 2010 г. Дума ХМАО наделила Наталью Комарову полномочиями главы региона по представлению президента РФ Дмитрия Медведева (за проголосовали все 28 депутатов регионального парламента). Она официально вступила в должность 1 марта того же года, сменив на посту руководителя округа Александра Филипенко.
27 февраля 2015 г., в связи с истечением срока полномочий на посту губернатора Ханты-Мансийского автономного округа - Югры, президент РФ Владимир Путин назначил Наталью Комарову врио главы региона.
В августе 2015 г. глава государства внес в окружной парламент три кандидатуры, согласованные с губернатором Тюменской области, включая врио руководителя ХМАО Натальи Комаровой (от "Единой Россией"). 13 сентября 2015 г. депутаты Думы Ханты-Мансийского автономного округа избрали ее губернатором ХМАО на очередной срок (за - 28 из 35 депутатов). В тот же день состоялась инаугурация.
21 августа 2020 г. президент России Владимир Путин внес на рассмотрение Думы ХМАО - Югры кандидатуры трех претендентов на пост губернатора округа, включая Наталью Комарову (от "Единой России"). 13 сентября того же года Наталья Комарова была переизбрана губернатором ХМАО депутатами регионального парламента (за - 29 голосов) и в тот же день вступила в должность на очередной пятилетний срок.
30 мая 2024 г. президент РФ Владимир Путин принял отставку Натальи Комаровой и назначил врио главы Ханты-Мансийского округа - Югры Руслана Кухарука, мэра Тюмени.
Входила в совет Ассоциации сибирских и дальневосточных городов, экспертный совет Союза городов Заполярья и Крайнего Севера (1998-2000), правление Конгресса муниципальных образований РФ (1999-2000). Была членом редакционного совета Агентства нефтегазовой информации.
Награждена орденами Дружбы (1998), Почета (2006), а также орденом Святой равноапостольной княгини Ольги II степени Русской православной церкви (2013).
Почетный гражданин города Новый Уренгой (2005).