Детство Белохвостиковой прошло в Англии, поскольку отец девочки был дипломатом. Впервые Наталья представила себя в образе актрисы, когда жила у бабушки. Тоскуя по родителям, она много читала и воображала себя артисткой. Наталья Белохвостикова училась в ВГИКе на курсе Сергея Герасимова. Старшеклассница пленила кинорежиссера своим талантом, данными и красивой неординарной внешностью.

Первая роль в кино ей досталось в возрасте 14 лет. Наталье Белохвостиковой удалось играть с Ален Делоном и многими звёздами российского/советского кино. Актриса примеряла лучшие образы в проектах знаменитых режиссеров, и ей удалось завоевать симпатию зрителей.

В «Тегеране— 43» Белохвостикова сыграла целых две главные роли — Натали и Мари. Именно эти съёмки стали звёздным часом в творческой биографии актрисы.

Всего творческих работ в копилке киноактрисы насчитывается 30. При этом каждый образ невероятно реалистичен, но характеры у героинь разные. Интересная особенность актрисы — очень низкий голос, из-за чего вокальные партии за неё исполняла другая артистка.

Личная жизнь артистки протекала ровно и стабильно. Она была примером для поклонников. Супругом Натальи Белохвостиковой стал режиссёр Владимир Наумов, который старше её на 24 года. По словам актрисы, разница в возрасте не ощущалась. С будущим избранником она познакомилась в аэропорту Шереметьево, когда оба летели на фестиваль в Белграде. Первое впечатление актрисы о режиссёре – «это сумасшедший гений».

Владимир Наумов обратил внимание на юную артистку в Югославии, когда посмотрел фильм с её участием. У пары в 1977 году родилась дочь Наталья, которая пошла по стопам своих звездных родителей. Она снимается в кино и снимает фильмы сама. В 2007 году пара усыновила сына Кирилла из детского дома, куда актриса с мужем попала в рамках фестиваля «Я и семья». Наталья состоялась актриса, мать и жена.