Модель, актриса, филантроп.
Родилась в Горьком (ныне Нижний Новгород). В связи с тяжёлым материальным положением в семье Наталья работала с 11 лет. Так и не окончив школу, в 16 лет Наталья устроилась в модельное агентство. Через несколько месяцев в город приехали представители западных модельных агентств Георгий Джикидзе и Алексей Васильев. Начался кастинг, в результате которого Водянова была приглашена в Москву.
В декабре 1999 года cемнадцатилетняя модель поехала в Париж на конкурс агентства «Madison», на котором она заняла второе место и получила приглашение работу в качестве топ-модели.
В 2001 году дебютировала в кино, сыграв в фильме «Агент Стрекоза». Также она снялась в картинах: «Пробка» (2008), «Битва титанов» (2010), «Влюбленные» (2012) и «Мадемуазель Си» (2013).
В 2002 году вышла замуж за британского аристократа Джастина Портмана. В браке у супругов родились сыновья Лукас Александр, Виктор и дочь Нева.
Снималась для журналов: «ELLE», «Vogue», «Harper's Bazaar», а также она принимала участие в Неделе моды в Нью-Йорке. Работала на показах коллекций брендов: «Calvin Klein», «Yves Saint Laurent», «Gucci», «Donna Karan», «Louis Vuitton», «Marc Jacobs», «Ralph Lauren», «Alexander McQueen», «Christian Dior», «Chloe», «Valentino», «Givenchy», «Jean Paul Gaultier», «Hermes», «Kenzo», «Dolce&Gabbana», «Balenciaga» и др. Принимала участие в рекламных кампаниях брендов «Guerlain», «L’Oreal Paris», «Diane von Furstenberg», «Louis Vuitton», «Chanel» и др.
В 2003 году стала официальным лицом марки «Calvin Klein».
В 2005 году модель основала международный благотворительный фонд «Обнаженные сердца», который занимается строительством детских игровых площадок, парков и других объектов в городах России в рамках программы «Игра со смыслом».
В 2009 году в Водянова паре с Андреем Малаховым была ведущей полуфинала международного конкурса песни «Евровидение», который проходил в Москве.
В 2011 году Наталья Водянова и Джастин Портман расстались. Развод был очень тяжелым. Портман долгое время не подписывал официальные бумаги. С 2012 года состоит в отношениях с французским бизнесменом Антуаном Арно.
В 2013 году Водянова стала лицом Паралимпийской эстафеты «Сочи 2014».