Наталья Михайловна Водяно́ва (для работы изменила ударение на Водя́нова) родилась 28 февраля 1982 года в Горьком (ныне — Нижний Новгород). В шестнадцать лет была зачислена в модельное агентство Евгении Чкаловой «Евгения».

На одном из просмотров Наталью заметил скаут агентства Viva Model Management и сразу предложил ей работу в Париже. По прошествии нескольких месяцев она отправилась в столицу Франции.

Наталья Водянова работала на подиуме для Christian Dior, Louis Vuitton, Dolce Gabbana, Balenciaga, Yves Saint Laurent, Gucci, Chanel и многих других домов моды.

Появлялась на обложках известных журналов моды, включая Vogue, Harper's Bazaar, Marie Claire и ELLE. Снималась для календаря Pirelli. Также была лицом косметической марки L’Oreal Paris, принимала участие в рекламных кампаниях брендов: Louis Vuitton, Chanel, Gucci, David Yurman, Marc Jacobs, Miss Sixty, Pepe Jeans, Diane von Fürstenberg и других.

Доминирование российских манекенщиц на мировых подиумах с начала 2000-х годов было названо эпохой трёх V (по начальным буквам фамилий самых успешных и востребованных — Натальи Водяновой, Анны Вьялицыной и Евгении Володиной).

В 2003 году Наталья Водянова стала официальным лицом компании Calvin Klein. В 2004 году основала фонд «Обнажённые сердца» для создания детских площадок на территории России и за рубежом. В общей сложности фонд создал более двухсот игровых и спортивных площадок и парков в 159 населенных пунктах не только в России, но и за её пределами.

С 2011 года фонд занимается созданием сети бесплатных услуг для особых детей и членов их семей, развитием профессионального и родительского сообществ, а также ведет информационную деятельность. В рамках этого были созданы «Центр поддержки семьи» в Нижнем Новгороде, «Центр поддержки семьи» в Москве, а также реализуются проекты: обучение специалистов современным и эффективным методам для повышения качества жизни детей с двигательными нарушениями, трудоустройство людей с аутизмом и/или интеллектуальными нарушениями, информационная платформа «Обнаженные сердца онлайн, регулярное проведение Форума.

Всего фонд помог более 10 тысячам детей с нарушениями в развитии.

В 2007 году, после рождения сына Виктора, Наталья Водянова решила частично оставить карьеру модели и посвятить себя семье и благотворительному фонду.

В 2009 году Наталья Водянова была утверждена на место соведущей полуфинала песенного конкурса «Евровидение», проходившего в Москве, в паре с Андреем Малаховым. За участие в этой трансляции стала лауреатом премии «ТЭФИ» в номинации «Ведущий развлекательной программы».

Весной 2009 года Наталья Водянова заключила трехлетнее соглашение о том, чтобы стать послом бренда французской компании по производству нижнего белья Etam и быть разработчиком коллекции нижнего белья каждого сезона в течение срока действия соглашения.

В 2013 году Наталья Водянова вместе с Дмитрием Нагиевым стала ведущей телешоу «Голос. Дети». Также принимала участие в презентации «Сочи-2014» в Ванкувере, церемонии открытия Олимпийских игр в Сочи в феврале 2014 года, была ведущей церемонии жеребьёвки отборочного турнира чемпионата мира по футболу 2018 года.