Наталья Земцова родилась 7 декабря 1987 года в Омске. Отец — Сергей Земцов, тренер по боксу, воспитал двух чемпионов Европы. Мама — по образованию товаровед, в девяностые занималась бизнесом.
После окончания местной языковой гимназии девушку поехала в столицу и попыталась поступить в ГИТИС и во МХАТ, однако обе попытки не увенчалась успехом.
В результате Земцова вернулась на родину и проучилась год в омском ТЮЗе, а затем поступила в СПбГАТИ на курс А. М. Зеланда.
В 2010 году Наталья дебютировала в кино, сыграв роль дочери Подрезова в 15-й серии сериала «Голоса».
Первая известность пришла к актрисе в 2011 году благодаря роли Инги Бородиной в сериале «Восьмидесятые».
Широкую популярность и любовь зрителей Наталье Земцовой принесли роли в сериалах «Кухня» (2013), «Ласточка» (2018) и «Эпидемия» (2019).
В 2020 году Наталья Земцова снялась в сериалах «Метод-2» и «Потерянные» .
Супруг — Сергей Кристовский, музыкант (поженились в июне 2016 года)
Сын — Иван (род. в августе 2014 года), от Сергея Кристовского