Наталия Бессмертнова родилась 19 июля 1941 года в Москве. В 1961 году окончила Московское хореографическое училище и в этом же году была принята в труппу Большого театра, где танцевала до 1988 года.
Прима-балерина Большого театра, она станцевала все ведущие партии классического и современного репертуара. Была первой исполнительницей многих партий в балетах своего мужа, главного балетмейстера Большого театра Ю. Н. Григоровича. Балерина Н.И.Бессмертнова вошла в историю отечественного искусства в плеяде блестящих танцовщиц. Эта плеяда составляет славу русского искусства и повлияла на исполнительское мастерство артистов всего мира. И Наталье Бессмертновой принадлежит в ней видное и почетное место.
За свой вклад в хореографическое искусство Н.И.Бессмертнова удостоена звания Народной артистки СССР (1976), Ленинской (1986) и Государственной премии СССР (1977). Она, кроме того, получила первую премию на Международном конкурсе артистов балета в Варне (Болгария) в 1965 году и премию имени Анны Павловой в Париже в 1970 году.
Наталия Бессмертнова скончалась в 2008 году в Москве.