Родилась 6 сентября 1995 г. в Твери в семье Михаила Геннадьевича Непряева и Ирины Владимировны Крупышевой. Ее родители - спортсмены-лыжники, мать - чемпионка XVII Всемирной зимней Универсиады 1995 г. (Хака, Испания) в эстафете.
Выпускница магистратуры Смоленской государственной академии физической культуры, спорта и туризма (ныне Смоленский государственный университет спорта). Обучается в аспирантуре Тверского государственного университета по направлению "образование и педагогические науки".
В восемь лет Наталья Непряева начала заниматься лыжной подготовкой под руководством родителей. С 2010 г. совершенствовала мастерство в детско-юношеской спортивной школе "Тверь", ее наставником был заслуженный тренер России Александр Смирнов.
В январе 2012 г. на юниорском чемпионате России Наталья Непряева заняла третье место в гонке на 5 км классическим стилем. В марте 2013 г. на юниорском первенстве страны победила в гонке на 10 км классическим стилем и заняла второе место на дистанции 5 км свободным стилем. В марте 2014 г. выиграла юниорский чемпионат России в скиатлоне на дистанции 10 км (5 км классическим стилем + 5 км свободным стилем), а также стала бронзовой медалисткой на дистанции 5 км классическим стилем и в спринте классическим стилем.
В январе 2013 г. на юниорском чемпионате мира в г. Либерец (Чехия) заняла второе место в эстафете. В феврале 2014 г. на юниорском ЧМ в Валь-ди-Фьемме (Италия) первенствовала в гонке на 5 км классическим стилем и стала серебряным призером в эстафете. В том же году дебютировала на Кубке мира по лыжным гонкам. В феврале 2015 г. на юниорском чемпионате мира в Алма-Ате (Казахстан) заняла второе место в эстафете, стала бронзовым призером в гонке на 5 км свободным стилем и спринте классическим стилем.
В феврале 2013 г. на XI зимнем Европейском юношеском олимпийском фестивале в Брашове (Румыния) Наталья Непряева завоевала золотую медаль в смешанной эстафете, серебряную - в спринте свободным стилем и бронзовую - на дистанции 5 км классическим стилем.
По итогам сезона Кубка мира 2015/2016 гг. Наталья Непряева заняла в общем зачете 68-е место. В сезоне 2016/2017 гг. стала 78-й, в сезоне 2017/2018 гг. - 13-й.
В январе - феврале 2018 г. на чемпионате мира среди юниоров и молодежи в Гомсе (Швейцария) заняла второе место в скиатлоне, третье место - в спринте свободным стилем.
В феврале 2018 г. Наталья Непряева стала бронзовым призером XXIII зимних Олимпийских игр в Пхёнчхане (Республика Корея) в эстафете.
В сезоне 2018/2019 гг. заняла в общем зачете Кубка мира второе место, уступив норвежке Ингвильд Эстберг. В сезоне Кубка мира 2019/2020 гг. была третьей, в сезоне 2020/2021 гг. - шестой.
В феврале 2019 г. в Зефельде (Австрия) стала бронзовым призером мирового первенства в скиатлоне на дистанции 15 км (7,5 км классическим стилем + 7,5 км свободным стилем) и эстафете. В марте 2021 г. в Оберстдорфе (Германия) завоевала серебро чемпионата мира в эстафете.
4 января 2022 г. Наталья Непряева стала первой в истории россиянкой - победительницей общего зачета ежегодной многодневной гонки "Тур де Ски" (проводилась в конце декабря 2021 г. - начале января 2022 г., включала шесть этапов).
5 февраля 2022 г. завоевала серебро XXIV зимней Олимпиады в Пекине (Китай) в скиатлоне на дистанции 15 км (7,5 км классическим стилем + 7,5 км свободным стилем). 12 февраля первенствовала на Олимпиаде в составе эстафетной команды (вместе с Юлией Ступак, Татьяной Сориной и Вероникой Степановой). 16 февраля стала бронзовой медалисткой Игр в командном спринте.
Наталья Непряева - многократная победительница и призер первенства России в различных видах программы. На внутренних соревнованиях она представляет Архангельскую область.
5 марта 2022 г. стало известно, что Наталья Непряева досрочно заняла первое место в общем зачете Кубка мира сезона 2021/2022 гг. с 973 очками. 1 марта Международная федерация лыжного спорта объявила об отстранении российских спортсменов от международных соревнований до конца сезона. В связи с этим Наталья Непряева не выступит на последнем этапе Кубка мира, который пройдет в Швеции с 11 по 13 марта, однако ближайшая преследовательница, шведка Эбба Андерссон (в ее активе 732 очка), уже не сможет догнать российскую лыжницу.
6 марта 2022 г. Наталья Непряева стала победительницей Дёминского лыжного марафона (Ярославская область).
Административная деятельность
С 2019 г. Наталья Непряева является президентом Федерации лыжных гонок Тверской области.
Звания, награды
Заслуженный мастер спорта РФ (2018).
Награждена орденом Дружбы (2022) и медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2018).
В 2022 г. стала почетным гражданином Твери и Тверской области.