Наталья Кирилина родилась в Тольятти.
В 2005 году окончила Тольяттинский лицей искусств по классу скрипки (преподаватель — О. Сетяева). В 2009 году окончила Академический музыкальный колледж при Московской государственной консерватории им. П.И. Чайковского по классу альта (преподаватель — А. Симакина). Выпускница МГК им. П.И. Чайковского (класс профессора А. Бобровского, 2014).
За время обучения играла в оркестрах: ансамбль солистов АМК «Премьера» (дирижёр — И. Дронов), камерный оркестр МГК (дирижёр — Ф. Коробов), участница Молодёжного симфонического оркестра Поволжья (2007, 2009, 2010–2012).
С 2010 года — артистка Концертного симфонического оркестра МГК (художественный руководитель и дирижёр — А.А. Левин).
В составе оркестра гастролировала по городам России (Самара, Сызрань, Ульяновск, Нижний Новгород), и за рубежом (Тунис, Италия, Испания, Германия, Польша, Камбоджа).
С августа 2014 года — артистка симфонического оркестра Приморского театра оперы и балета. С января 2016 года — артистка симфонического оркестра Приморской сцены Мариинского театра.
