Наталья Водянова родилась и выросла в Горьком, сейчас это город Нижний Новгород, в семье со средним достатком, жила без отца, с матерью и двумя сестрами. В 16 лет ее зачислили в модельное агентство, Нижний Новгород пришлось покинуть. На одном из просмотров модель заметил скаут агентства Viva Model Management и пригласил ее работать в Париж.
В 2002 году Водянова стала самой востребованной моделью Нью-Йоркской недели моды, а уж после съемок в рекламе Calvin Klein она стала самым высокооплачиваемым лицом этого лейбла за всю его историю.
Уже в 2003 году Наталья Водянова вошла в третью сотню самых богатых людей Великобритании.
Была замужем за Джастином Портманом, родила трое детей: Лукаса,Неву и Виктора.
Вторым мужем модели стал Антуан Арно - сын владельца империи LVMH, в которую входят такие марки, как Louis Vuitton, Givenchy, Guerlain, Kenzo, Hennessy, ему Наталья тоже родила ребенка.
У Водяновой есть благотворительный фонд «Обнаженные сердца», который работает по двум направлениям: строит детские площадки и игровые парки и поддерживает детей с особенностями развития. А недавно Водянова решила запустить новый проект под названием «Поделись улыбкой».