Наталья Владимировна Поклонская родилась 18 марта 1980 года в селе Михайловка Перевальского района Ворошиловградской области Украинской ССР (ныне Луганская область Украины).
В 2002 году окончила украинский Национальный университет внутренних дел по специальности "Правоведение".
В 2002-2006 годах работала помощником прокурора Красногвардейского района Республики Крым.
В 2006-2010 годах была помощником прокурора города Евпатории.
С 2010 по 2011 год – прокурор, заместитель начальника отдела надзора за соблюдением законов спецподразделениями и иными учреждениями, ведущими борьбу с организованной преступностью прокуратуры Автономной Республики Крым.
С 2011 по 2012 год возглавляла Симферопольскую межрайонную природоохранную прокуратуру.
В 2012-2014 годах – старший прокурор 2-го отдела процессуального руководства досудебным расследованием и поддержания государственного обвинения управления надзора за соблюдением законов органами внутренних дел Главного управления надзора за соблюдением законов в уголовном производстве Генеральной прокуратуры Украины.
В 2014-2016 годах Поклонская занимала пост прокурора Республики Крым.
18 сентября 2016 года она была избрана депутатом Государственной Думы РФ седьмого созыва в составе федерального списка кандидатов, выдвинутого партией "Единая Россия".
Была заместителем председателя комитета ГД по международным делам. Входила в комиссию ГД по рассмотрению расходов федерального бюджета, направленных на обеспечение национальной обороны, национальной безопасности и правоохранительной деятельности; комиссию ГД по расследованию фактов вмешательства иностранных государств во внутренние дела России.
16 апреля 2021 года Наталья Поклонская сообщила, что зарегистрировалась в качестве участника предварительного внутрипартийного голосования партии "Единая Россия" по определению кандидатов, которые будут баллотироваться в нижнюю палату российского парламента нового созыва в сентябре 2021 года. 28 мая 2021 года Поклонская заявила о снятии своей кандидатуры с праймериз в связи с новой работой.
13 октября 2021 года Наталья Поклонская была назначена Чрезвычайным и Полномочным послом Российской Федерации в Республики Кабо-Верде.
Поклонская сообщила, что прошла стажировку в МИД РФ и курсы в Дипломатической академии МИД России. Однако 19 января 2021 года стало известно, что у Натальи Поклонской изменились личные обстоятельства, ее отъезд послом в Кабо-Верде не состоится.
13 июня 2022 года президент России Владимир Путин подписал указ об освобождении Натальи Поклонской от должности.
Сама Поклонская в Telegram-канале сообщила, что документ подписан "в связи с моим переходом на другую работу", и поблагодарила главу государства за поддержку и доверие.
Награждена орденом "За верность долгу" Республики Крым (2015).
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников