Наталья Варлей родилась в 1947 году в Румынии. Ее творческая натура проявилась еще в детстве: в четырёхлетнем возрасте она начала писать стихи, чуть позже пошла в музыкальную школу. Как-то раз мама отвела юную Наташу в цирк, и девочка заразилась любовью к этому зрелищному искусству. Увлечение цирком оказалось настолько серьезным, что Наталья решила поступать на акробатическое отделение Государственного училища циркового и эстрадного искусства. Через несколько лет ее приняли в труппу Московского цирка на Цветном бульваре.

Там, на одном из представлений юной эквилибристки, ее заметил режиссер Г. Юнгвальд-Хилькевич. Он предложил Наталье сняться в своём новом фильме «Формула радуги». Роль оказалась небольшая, а картина так и не вышла на экраны, но Варлей попала в актерскую среду, где познакомилась с Леонидом Гайдаем.

Настоящая слава пришла к актрисе после фильма «Кавказская пленница, или Новые приключения Шурика» (1966). Непосредственность, красота и обаяние Варлей подкупили и режиссера Леонида Гайдая, который предпочел Наталью другим, более опытным актрисам, и телезрителя, полюбившего «спортсменку, комсомолку и просто красавицу».

Запомнил советский зритель и Панночку в фильме К. Ершова и Г. Кропачева «Вий», которую столь выразительно сыграла Наталья. Но эти две роли были только началом плодотворной карьеры актрисы: всего в фильмографии Варлей насчитывается более сорока ролей. Особо крупных после «Вия» и «Кавказской пленницы» почти не было, но и эпизодические были заметными. Наталья полюбила детское кино: с радостью согласилась на съемки в «Ералаше», в главной фантастической ленте 1980-х «Гостья из будущего» сыграла тренера Марту Эрастовну, а в картине Павла Арсенова «Волшебник изумрудного города» — злую колдунью Бастинду.

В этот день Наталью Варлей поздравил президент России Владимир Путин.»Вы успешно реализовали свой талант в различных творческих профессиях, но поистине всенародное признание снискали ваши блистательные, незабываемые работы в кино, которые и сегодня служат образцом актерского мастерства», — отметил президент.