Née à Nijni-Novgorod, une cité industrielle à 500 km de Moscou, Natalia Vodianova est élevée avec ses deux sœurs par sa mère. Sa découverte dans une école de mannequins à quinze ans lancera sa carrière internationale deux ans plus tard. Fondatrice en 2005 de l'association Naked Heart destinée à améliorer les conditions de vie des enfants en Russie, la jeune femme est elle-même maman de trois enfants. Après des apparitions dans CQ (2001) et Le Choc des titans (2010), celle qui incarne Shalimar pour Guerlain depuis 2008 entame une carrière de comédienne en 2013 avec un premier grand rôle : l’adaptation de Belle du Seigneur d'Albert Cohen, où elle interprète Ariane face à Jonathan Rhys-Meyer.