Получила музыкальное образование в Санкт-Петербургской государственной консерватории им. Н. А. Римского-Корсакова (1999). В 1997-2000 гг. являлась солисткой Санкт-Петербургского Академического театра оперы и балета им. М. П. Мусоргского.
Лауреат IV Международного конкурса им. Н.А. Римского-Корсакова (2000); дипломант Международного конкурса вокалистов в Барселоне (2000); лауреат высшей театральной премии Санкт-Петербурга «Золотой софит» (1998).
В 2001 году певица была принята Академию молодых певцов Мариинского театра и дебютировала на сцене Мариинского театра в партии Марфы («Хованщина»). С 2008 года Наталья Евстафьева входит в состав оперной труппы Мариинского театра.
С труппой Мариинского театра Наталья Евстафьева гастролировала в Германии, Франции и США. Исполнила партию Ольги («Евгений Онегин») на сцене парижского театра Шатле и партию Кармен («Кармен») на сцене лиссабонского театра Колизеу.
Концертный репертуар певицы включает меццо-сопрановые партии в симфонии № 9 Бетховена, Реквиеме Верди, а также арии и романсы русских, немецких, итальянских и французских композиторов.