Наталья Нилова родилась 1 августа 1971 года. Окончила анимационную школу «Арбуз». Начинала с разработки и написания сценариев для компьютерных игр. С 1991 года по 1997 год работала художником-аниматором трехмерной графики в New Media Generation. 

     С 1997 года по 2007 год Наталья аниматор на студии «Классика». Работала над созданием следующих проектов: «Перстень Царя Соломона», «Морской Дьявол», «Колобок», «Луна - Марс». С 2007 года по 2010 год - ведущий аниматор на анимационной студии «Парадиз»., ведущий аниматор

     В 2007 году с отличием окончила ВГИК по специальности «Режиссура анимационного фильма», училась в мастерской Андрея Юрьевича Хржановского на кафедре режиссуры анимации и компьютерной графики. Дипломный фильм - «Крыски и книга».

    С 2010 года по 2013 год - режиссер, руководитель производства на «Студия Влада Барбэ». В настоящее время работает режиссером на анимационной студии «Пчела», которая входит в группу лидеров российской авторской мультипликации. Член Союза художников.

     Наталья Нилова работала ведущим аниматором мультипликационного фильма «Приключения Аленушки и Еремы», премьера которого состоялась в 2008 году. Выступила режиссером и сценаристом мультфильма «Лисичка, которая умела играть на скрипке», созданного для четвертого выпуска альманаха «Зеленое яблоко» в 2015 году. 

     В 2018 году состоялась премьера полнометражной мультипликационной лентой «Два хвоста», созданной ею совместно с режиссером Виктором Азеевым.