A primeira novela de que participou foi Gabriela (1975), na Rede Globo, baseada no romance homônimo do escritor Jorge Amado.
O reconhecimento de seu talento veio somente com Água Viva (1980), de Gilberto Braga e Manoel Carlos, que a levou para as capas das revistas e aparições no Fantástico. A partir daí interpretou diversos personagens importantes na TV Globo, como Lúcia Toledo, de Baila Comigo (1981), Sandra Rivoredo, de Sétimo Sentido (1982), Débora Brandão, de Final Feliz (1982), e Andréia Souza e Silva de Cambalacho (1986, quando interpretou a grande vilã da história, uma alpinista social sem escrúpulos.
Já no teatro, o divisor de águas foi A Partilha (1991), de Miguel Falabella, que ficou seis anos em cartaz.
A atriz também morou em Londres durante um ano, com seu segundo marido, entre 1991 e 1992.
Foi casada duas vezes. O primeiro, que durou cinco anos, de 1981 a 1986, foi com o diretor de telenovelas da Rede Globo Paulo Ubiratan, falecido em 1998, vítima de infarto. Seu segundo casamento, com o executivo de uma multinacional Vasco Dias, durou seis anos, de 1989 a 1995, e não produziu filhos. Também namorou o cantor Edu Lobo. Depois de participar da novela Viver a Vida, Natalia do Vale pode ser vista na novela Insensato Coração.

Cônjuge: Vasco Dias (de 1989 a 1995), Paulo Ubiratan (de 1981 a 1987)
Irmãos: Antônio Ferreira do Vale
Pais: Amândio Nicolau do Vale, Sara Ferreira de Freitas