Наталья Мурадымова родилась в 1979 году в Свердловской области. В 2003 году окончила Уральскую государственную консерваторию имени М. П. Мусоргского (класс профессора Николая Голышева). В 2000–2003 гг. – солистка Екатеринбургского академического театра оперы и балета.
С 2003 года – солистка Московского академического Музыкального театра имени К. С. Станиславского и Вл. И. Немировича-Данченко, где исполняет партии Елизаветы («Тангейзер» Вагнера), Мими, Чио-Чио-сан, Тоски («Богема», «Мадам Баттерфляй», «Тоска» Пуччини), Фьордилиджи («Так поступают все женщины» Моцарта), Микаэлы («Кармен» Бизе), Лизы, Татьяны («Пиковая дама», «Евгений Онегин» Чайковского), Тамары («Демон» Рубинштейна), Сусанны («Хованщина» Мусоргского), Фаты Морганы («Любовь к трем апельсинам» Прокофьева).
Наибольший успех и внимание профессиональной критики принесли певице партии Медеи в одноименной опере Керубини (российская оперная премия Casta Diva, 2015), Костельнички Бурыйи («Енуфа» Яначека) и Леди Макбет («Макбет» Верди). За роль Костельнички певица удостоена Национальной оперной премии «Онегин» (2018) и Национальной театральной премии «Золотая маска» (2019).
Участвовала в мировой премьере оперы Вайнберга «Пассажирка» (партия Марты). Принимала участие в проекте «Хворостовский и друзья» на сцене Большого зала консерватории.
В сезоне 2015/16 дебютировала в партии Турандот в одноименной опере Пуччини в Государственном театре оперы и балета Удмуртской Республики имени П. И. Чайковского в Ижевске; исполнила партию сопрано в Симфонии № 14 Шостаковича на V Международном фестивале современной музыки Concordiaв Казани с Госоркестром Республики Татарстан под управлением Александра Сладковского, в дальнейшем участвовала в записи симфонии на диск («Мелодия», 2017).
В сезоне 2016/17 исполнила партии Девы и Царевны в операх «Дева в башне» Сибелиуса (российская премьера) и «Кащей Бессмертный» Римского-Корсакова на IV Международном фестивале «Опера Априори» под управлением Олли Мустонена; выступила на закрытии VII Международного фестиваля имени С. В. Рахманинова «Белая сирень» в Казани с ГСО РТ и Александром Сладковским.
В 2019 году дебютировала на сцене Мариинского театра в партии Тоски, в дальнейшем исполняла на этой сцене партии Турандот и Елизаветы.
Гастролировала в Италии, Нидерландах, Германии, Эстонии, Латвии, Южной Корее, Китае и на Кипре. Выступает с камерными программами старинной музыки в проектах органистки Анастасии Черток.
