Наталья Игоревна Селезнева родилась 19 июня 1945 года в Москве. Ее отец был фотожурналистом, а мать – художницей. Еще будучи ребенком, в шестилетнем возрасте, Наталья Игоревна сыграла главную роль в спектакле Театра Советской Армии. Ее первая роль в кино состоялась в 1953 году. В фильме «Алеша Птицын вырабатывает характер» Селезнева сыграла Сашеньку. Пригласить девочку сниматься в кино режиссеру Анатолию Гранику посоветовала знаменитая детская писательница Агния Барто.

В 1963 году Наталья поступила в Щукинское театральное училище, а в 1966 году окончила его и в том же году стала актрисой Театра Сатиры.

Успех и всесоюзная популярность пришли к актрисе после выхода в эфир фильма «Операция «Ы» и другие приключения Шурика» режиссера Леонида Гайдая, где она сыграла Лиду. А телевизионный кабачок «13 стульев», где Наталья Игоревна играла жизнерадостную красавицу пани Катарину, развил и укрепил популярность актрисы и любовь к ней зрителей. Другие известные роли актрисы: Зина в фильме «Иван Васильевич меняет профессию», жена Барыгина-Амурского в «Не может быть!».

В 1968 году на съемках фильма «Калиф-аист» Селезнева встретила актера Владимира Андреева. У них начался роман, и уже в 1969 году родился их сын Егор.

В 1981 году Наталья Игоревна стала заслуженной артисткой РСФСР.