Наталья Фёдоровна Гвоздикова родилась 7 января 1948 года в Читинской области, на станции Борзя. В 1971 году окончила ВГИК, где училась в мастерской Сергея Герасимова и Тамары Макаровой.
Впервые снялась в кино в 1969 году в фильме «Белые дюны». За годы творческой деятельности Гвоздиковой сыграно множество ролей как в театре, так и в кино. Наиболее известными из них являются: Светлана в фильме «Ох, уж эта Настя!» – первая большая кинороль Натальи; роль Полины в многосерийном фильме «Большая перемена»; Марии в телефильме «Рожденная революцией».
Роль Марии сделала Наталью знаменитой. За эту роль в 1978 году Гвоздикова получила Государственную премию СССР. В 1983 году ей было присвоено звание Заслуженной артистки РСФСР.
Практически все героини Натальи Гвоздиковой – положительные персонажи. С середины 1980-х годов Наталья снимается в кино все реже и реже (по ее словам, редко встречаются интересные предложения, приходится от многих из них отказываться), увлекается историей, искусством, музыкой, любит животных. В последнее время занимается общественной деятельностью.
Более 30 лет она состоит в браке с известным актером Евгением Жариковым, их даже называли самой красивой парой в Советском Союзе. Их сын стал переводчиком.