Наталия родилась в Монтевидео, столице Уругвая. В возрасте 8 лет она начала заниматься актерским мастерством. вскоре она появилась в рекламных роликах, а затем была вовлечена в модельный бизнес. Наталия прошла кастинг и выступала с бразильской знаменитостью Шушей в международном концерте. Все свои заработанные деньги она направляла на поездки в Буэнос-Айрес, столицу Аргентины, где посещала кастинги.

Режиссеры говорили ей, что она не сможет стать актрисой и достичь успеха, но она не сдавалася.

В 16 лет ей удалось получить роль в фильме «Непокорное сердце», затем последовали «Богатые и знаменитые».

Мировую популярность ей принесла роль сироты Милагрос в сериале «Дикий ангел». После его выхода Наталия начала развивать музыкальную карьеру, и ее альбом Natalia Oreiro стал золотым.

Фанаты мечтали о том, чтобы Наталия была счастлива с партнером по «Дикому ангелу» Факундо Арану, однако актеры всегда были лишь друзьями.

Первая значимая любовь Наталии — актер Пабло Эччари, с которым она встретилась на съемках «Непокорного сердца». Однако к свадьбе дело не дошло, и через пять лет их отношения прекратились.

В 2002 году она вышла замуж за рок-музыканта Рикардо Мольо, который старше ее на 20 лет. Вместо колец пара сделала татуировки на безымянных пальцах. Спустя десять лет в браке у них родился сын Мерлин Атауальпа. В 2016 году между супругами возник серьезный кризис, и Наталия на четыре месяца ушла от мужа.

В прессе появились слухи о романе актрисы с актером Бенжамином Викуньей, с которым она работала в сериале «Среди каннибалов».

Однако после того, как они отпраздновали четвертый день рождения сына Мерлина в ресторан, Наталия и Рикардо вышли, держась за руки, и уехали вместе. Позже актриса подтвердила, что им удалось преодолеть все трудности, и их семья вновь находит новую жизнь.

Наталия утверждает, что у нее нет никого идеальнее, чем ее супруг. Они вместе уже почти 22 года.

У Наталии есть гражданства России, Уругвая и Испании.

47-летняя Орейро продолжает сниматься в новых сериалах, записывать музыкальные композиции и гастролировать по всему миру.