Наталья Поклонская родилась на Украине, после школы училась в филиале Харьковского университета внутренних дел в Евпатории. Работала в органах прокуратуры Украины, пройдя путь от помощника прокурора до исполняющей обязанности прокурора Республики Крым.
После смены власти в Киеве в 2014 году написала рапорт об увольнении, обосновав свое решение тем, что "стыдно жить в стране, где по улицам свободно разгуливают неофашисты и диктуют свои условия так называемой новой власти". После воссоединения Крыма с Россией вновь заняла должность прокурора республики.
18 сентября 2016 года Поклонская была избрана депутатом Госдумы России по списку партии «Единая Россия». Возглавляет комиссию по контролю за достоверностью декларирования доходов депутатов и занимает пост заместителя председателя комитета Госдумы по безопасности и противодействию коррупции.
Известно, что Наталья Поклонская замужем второй раз, воспитывает дочь Анастасию. Играет на фортепиано, любит рисовать, занимается спортом. Поклонница Николая II, с его портретом вышла на акцию «Бессмертный полк» 9 мая 2016 года.