Наталия Васильевна Богунова родилась 8 апреля 1948 года в Ленинграде (ныне — Санкт-Петербург).

Училась в ленинградском хореографическом училище имени А.Я. Вагановой (ныне — Академия русского балета имени А. Я. Вагановой).

В 1970 году окончила Всероссийский государственный университет кинематографии имени С. А. Герасимова (ВГИК), училась в актерской мастерской режиссера театра и кино Бориса Бабочкина.

С 1970 по 1987 год была актрисой Театра имени Моссовета.

В 1962 году дебютировала в кино в драме "Вступление", сыграв роль Вали.

Среди кинообразов Богуновой: Дэзи Гарвей в советско-болгарской экранизации "Бегущая по волнам" (1967), Снегурочка в "Весенней сказке" (1971), Девушка/Эхо в сказке "Умные вещи" (1973), Лена в картине "Дороги" (1975), учительница в приключенческой ленте "Личной безопасности не гарантирую" (1980), Татьяна Каменская в военной драме "Гран-па" (1986).

Самую большую известность актрисе принесла роль учительницы русского языка и литературы Светланы Афанасьевны в комедийной мелодраме "Большая перемена" (1972-1973).

Свою последнюю роль Богунова сыграла в 1992 году в фильме Олега Кавуна "Бег по солнечной стороне".

9 августа 2013 года актриса скончалась на 66-м году жизни.

Наталия Богунова была замужем за режиссером и сценаристом Александром Стефановичем (13.12.1944), развелась.