Родилась 3 мая 1945 года в Москве.
Её отец был известным художником-пейзажистом. Мать была домохозяйкой и занималась воспитанием дочери.
В 1955 году режиссёр Илья Фрэз искал юных актёров для своего будущего фильма "Васёк Трубачёв и его товарищи". Проводились просмотры в московских школах. В том числе и в той школе, где училась Наташа. Она очень приглянулась Фрэзу, и он взял её на роль Нюры Синицыной. Картина имела большой успех и 1957 году последовало продолжение "Отряд Трубачёва сражается".
После «Трубачёва» Наташа проснулась знаменитой, но, несмотря на успех фильма и внезапно свалившуюся популярность, актрисой она становиться не собиралась.
Однако её мама решила иначе и отвела дочь в Городской Дом пионеров, в театральную студию к замечательному педагогу Евгении Васильевне Галкиной. Здесь Наташа занималась до самого окончания школы. Именно там у неё и родилось желание стать актрисой. Помимо занятий у Евгении Васильевны она принимала активное участие в работе школьного драматического кружка.
Наталья Сергеевна Рычагова поступила во ВГИК и начала сниматься в кино уже со второго курса: фильм назывался «Нет неизвестных солдат».
В 1967 году она окончила Всесоюзный государственный институт кинематографии.
Затем сразу после окончания института у неё была небольшая работа в фильме Марка Осепьяна «Три дня Виктора Чернышёва».
После рождения дочери в 1968 году Рычагова начинает активно сниматься. Фильм выходит за фильмом. Роли были самые разные — и главные, и второстепенные: молодая учительница в «Тренере» Исидора Анненского, Зоя в «Возвращении «Святого Луки» Анатолия Бобровского, Надя Воеводина в фильме «Переступи порог» Ричарда Викторова, Клава Иванова в телевизионном фильме «Про Клаву Иванову», Дуняша в «Смертном враге» Евгения Матвеева. Но, конечно, самой запоминающейся и любимой до сих пор зрителем работой Натальи Рычаговой стала роль Маши Белкиной в знаменитом фильме Владимира Рогового «Офицеры».
В 1975 году, через двадцать лет после «Васька Трубачёва», режиссёр Илья Фрэз пригласил Наталью Рычагову в свой фильм «Это мы не проходили». Фильм имел успех и даже получил один из призов на фестивале в Панаме. После этого Наталья Сергеевна продолжала сниматься, но роли становились всё меньше, и фильмы были уже не такими запоминающимися. Со временем предложения сниматься и вовсе прекратились.
В последний раз Рычагова появилась на большом экране в 1993 году в фильме «Завтрак с видом на Эльбрус».
Наталья Рычагова замужем за актёром Алексеем Инжеватовым. Они познакомились при поступлении во ВГИК. Алексей стал ухаживать за Наташей, а на третьем курсе они поженились: на свадьбе гулял почти весь ВГИК.
2 марта 1968 года родилась дочь Маша. Всё свободное время Наталья Сергеевна всегда посвящала дочери. С пяти лет Машенька начала играть на фортепиано, потом поступила в центральную школу при консерватории. По окончании школы Маша пошла во ВГИК на киноведческий факультет и потом работала там методистом. В начале января 2006 года их дочь после тяжёлой болезни скончалась. А в сентябре 2010 года ушёл из жизни и супруг Алексей Инжеватов.
Наталья Сергеевна последние годы «жила внуком». Изредка Рычагову приглашали на телевидение озвучивать сериалы. Но на жизнь она не обижалась. «Главное, что у меня семейная жизнь сложилась!» — говорила актриса.
Ушла из жизни 14 мая 2011 года в своей квартире на Верхней Масловке в Москве. Похоронена актриса на Кузьминском кладбище рядом с могилой мужа, дочери и отца (участок № 140).
роли в кино
1993 Завтрак с видом на Эльбрус
1986 Где ваш сын? :: Наталья Сергеевна
1984 Шутки в сторону :: мать Димы
1980 У матросов нет вопросов :: заведующая отделом
1979 В одно прекрасное детство :: мама Пети-внука
1978 Следствие ведут Знатоки :: Варя Санатюк
1978 Баламут :: Зинаида Парамонова
1977 Садись рядом, Мишка! :: мама Миши
1977 Корень жизни :: Настя
1976 Сибирь :: Маша
1976 Колыбельная для мужчин :: Оля
1976 Эти непослушные сыновья :: Зина
1976 Будёновка :: Прасковья
1975 Это мы не проходили :: Елена Фёдоровна Якушева :: главная роль
1974 Ответная мера :: Маргарита
1973 Транзит на север (фильм-спектакль) :: Катя
1972 Золотое крыльцо :: Таня :: главная роль
1971 Смертный враг :: Дуняша Птицына
1971 Офицеры :: Маша Белкина
1970 Переступи порог :: Надя Воеводина :: главная роль
1970 Море в огне
1970 Возвращение Святого Луки :: Зоя
1969 Франсуаза (фильм-спектакль)
1969 Тренер :: молодая учительница
1969 Про Клаву Иванову :: Клава Иванова :: главная роль
1968 Деревенский детектив :: дочь строгой мамаши
1967 Три дня Виктора Чернышёва :: Маришка
1965 Нет неизвестных солдат :: Маша Савченко :: главная роль
1957 Отряд Трубачёва сражается :: Нюра Синицына
1955 Васёк Трубачёв и его товарищи :: Нюра Синицына
озвучивание
1994 Кодекс молчания-2 (Россия, Узбекистан) :: Римма Халилова
роль Елены Баркевич
1990 Славные парни | Goodfellas (США)
1989 Взлом | Der Bruch (ГДР)
1987 Загон (СССР, Сирия) :: жена президента
роль Софико Чиаурели
1984 Когда сдают тормоза | Kad bremzes netur :: Айя
1984 Бал сказок | Witches' Sabbath | Boszorkányszombat (Венгрия)
1983 Приключения Шерлока Холмса и доктора Ватсона :: Мэри Морстен
роль Екатерины Зинченко
1982 4:0 в пользу Танечки :: Татьяна Ивановна Колосова
роль Наталии Флоренской
1981 Приключения Тома Сойера и Гекльберри Финна :: Мари
роль Карины Моритц
1981 Золотые туфельки :: Ляся
роль Людмилы Кондратюк
1981 Всё наоборот :: Люба
роль Альфии Хабибулиной
1980 Я ещё вернусь | Gözlə məni :: Гюльгез
роль Ферганы Кулиевой
1980 Факт | Faktas
1980 Абдулла | Abdullah (Индия) :: Фарида Джалал
1979 Место встречи изменить нельзя :: Варвара Синичкина
роль Натальи Даниловой
1979 Камертон :: Вера Михайлова
роль Алены Надточий
1977 Поединок в тайге :: Юля
роль Татьяны Васильевой (Ташковой)
1977 Подарки по телефону | Dāvana pa telefonu :: Гуна
1976 Маречек, подайте мне ручку! | Marecek, Pass Me the Pen! | Marecku, podejte mi pero! (Чехословакия)
1974 В Баку дуют ветры | Bakıda küləklər əsir
1973 Юнга Северного флота :: Аня
роль Марины Самойловой
1973 Три орешка для Золушки | Three Nuts for Cinderella | Tri orísky pro Popelku (Чехословакия, ГДР) :: Золушка
роль Либуше Шафранковой
1973 Белый клык | Zanna Bianca (Италия, Франция)
1972 Айрик :: Люсине
роль Шакэ Тухманян
1971 Женщины вне игры | Ženy v ofsajdu (Чехословакия) :: Магда
1969 Я помню тебя, учитель :: Таня
роль Светланы Морщининой
1968 Когда я был маленьким | Kai aš mažas buvau :: Эгле
роль Юлии Каваляускайте
1968 Безумие | Hullumeelsus | Hullumeelsus
роль Маре Гаршнек
