Natalia Vodianova est née à Gorky en Russie, le 1er avril 1982. Elle a une enfance assez difficile et après avoir aidé sa mère dans un commerce de légume dès 11 ans, elle ouvre son propre commerce et emmenage dans son premier appartement à seulement 15 ans. L'argent lui permet, entre-autres, d'aidé ses soeurs dont une est handicapée.
A 15 ans Natalia Vodianova s'inscrit également dans une agence de mannequinat et cherche des contrats. Un agent de mode parisien lui conseil d'apprendre l'anglais pour s'assurer un avenir dans le milieu. Convaincue, Natalia Vodianova apprend l'anglais en 3 mois et part s'installer à Paris où elle signe un contrat avec l'agence viva à 17 ans.
Rapidement Gucci en fait sa représentante pour sa ligne de parfum et après une quarantaine de défilés, Natalia Vodianova est engagée par Calvin Klein pour le défilé de printemps. Natalia Vodianova fera également une brève apparition au cinéma, dans le film de Roman Coppolla, CQ.
Natalia Vodianova, qui est désormais l'un des plus grands noms de la mode, est la femme de Justin Portman, un riche rentier anglais, héritié d'une des plus riches familles rentières du Royaume-Uni et possédant beaucoup de terrains à Londres. Ensemble ils ont eu un fils, Lucas, et une fille plus récement nommée Neva (un fleuve russe) avec qui Natalia Vodianova à posé pour le Vogue.