Наталья Павлова окончила вокальный факультет Московской консерватории (класс профессора Клары Кадинской). Брала уроки у профессоров академии «Моцартеум» в Зальцбурге Гертруды Трояновой и Павла Кудрявченко. Лауреат студенческого конкурса «Фестос», дипломат международной школы вокального мастерства «Бельканто».
В 2006—2013 годах Наталья работала в театре «Школа драматического искусства» в качестве актрисы и певицы, участвовала в спектаклях «Каменный гость, или Дон Жуан мертв» (режиссер – Анатолий Васильев), «Гибралтар» и «Письма» (режиссер – Константин Мишин). Выступала с Госоркестром России имени Е. Ф. Светланова, ансамблями «Академия старинной музыки» и Opus Posth, камерными оркестрами Musica Viva, «Московия», оркестрами Московской консерватории, Санкт-Петербургской филармонии, Михайловского театра, итальянскими коллективами – оркестром Падуи и Венето, оркестрами Dei Marsi, Corelli, Ghironda, Classica Italiana, и другими. Сотрудничала с известными музыкантами, среди которых Владимир Юровский, Татьяна Гринденко, Пётр Айду, Михаил Аркадьев, Сергей Крылов, Джованни Соллима, Марчелло Липпи.
Участница фестивалей «Декабрьские вечера» в Калининграде, Владимира Мартынова в Москве, «Мистериограф», «Звучит Москва», «Русский Рим», фестивалей в Перудже, Капри, Нарни (Италия) и других. Неоднократно приглашалась на запись программ итальянского телевидения Rai uno.
В репертуаре Натальи Павловой значительное место занимает современная музыка. Среди исполненных ею произведений – моноопера «Ожидание» Микаэла Таривердиева, La corda Паолы Кризиджованни, Passionslieder и Opus Prenatum Владимира Мартынова. В марте 2018 года в Московском международном Доме музыки певица исполнила мировые премьеры сочинений, написанных специально для нее: Pavlova songs Венуса Реа с оркестром Musica Viva и «Путешествие в Италию» Джованни Соллима с iCQ-project.
Записала три компакт-диска с музыкой Венуса Реа и Ираиды Юсуповой (на слова Давида Колантони).
Наталья Павлова – обладательница премии «Серебряный лев» международного фестиваля в Нарни. Входит в художественный комитет первого международного фестиваля «Русский Рим» (Рим, Палаццо Поли).
