S-a născut la 22 august 1979 în oraşul Bălți, Republica Moldova. Provine dintr-o familie de muzicieni. I-a plăcut de mică să cînte, a crescut alături de bunici la Nordul Moldovei, într-un sătuc înconjurat de păduri, buneii cîntau la corul bisericesc, iar bunicul său Nicanor avea convingerea că va ajunge mare artistă, încurajînd-o mereu şi spunîndu-i „artista bunicului”. Părinţii i-au altoit şi ei dragostea pentru tot ce e bun şi frumos, dar mai ales pentru muzică. Se spune, că ar fi moştenit timbrul vocal de la mama şi tot ea a fost acea care a îndemnat-o „să nu renunţe niciodată la vise”. Primele lecţii de vioară au fost acelea le ia tot de la părinţi.

Pe cînd Natalia avea 7 ani, familia Barbu a trecut cu traiul la Rîbniţa şi pentru că era tocmai în perioada conflictului transnistrean, era nevoită să meargă la şcoală la Rezina pe celălalt mal al Nistrului. Paralel cu Liceul nr. 1 de la Rezina (1986-1992) a urmat şi Şcoala muzicală primara de la Rîbniţa, clasa vioară.

Tatal său conducea orchestra de muzică populară din oraşul Rîbniţa, (iar mama era solistă), însă odată cu agravarea conflictului din Transnistria s-au văzut nevoiţi să se refugieze la Chișinău. Mama ei s-a angajat în calitate de solistă la Orchestra de muzică populară „Mugurel”, iar Natalia şi-a continuat studiile la Liceul „V. Hugo de la Stăuceni, mun. Chișinău − 1992-1994. Participă la diverse show-uri de televiziune pentru copii, iar la 14 ani ia Premiul Mare la Concursul Tinerilor Violonişti din Republica Moldova.

Pe parcursul anilor 1994-1998 studiază la Colegiul Naţional de Muzică „Ştefan Neaga de la Chișinău, clasa vioară. După ce absolveşte colegiul îşi începe activitate profesională în calitate de violonistă în orchestra de muzica populară „Mugurel”,iar începînd cu anul 1999 studiază la Academia de Muzica „Gavriil Muzicescu”, clasa vioara. Peste tot a studiat în special muzica clasică, însă fiind acasă şi avînd un moment de respiro lăsa vioara la o parte şi încerca să cînte piesele lui Mariah Carey şi Withney Houston. Tot în anul 1999 devine solistă a formaţiei „Milenium”. Apoi decide să-şi înceapă cariera solo în calitate de interpretă de muzică ușoară și populară.

Natalia Barbu participă la numeroase concursuri naționale și internaționale, obţinînd premii:

• 1993 – Premiul I la Concursul republican al tinerilor violoniști (Chișinău, Moldova),
• 1998 – Premiul I la Concursul de interpretare „Mihaela Rumceanu” (Buzău, România),
• 1998 – Premiul Mare la Concursul de interpretare „Mamaia '98” (România),
• 1998 – Premiul Mare şi Trofeul festivalului la Concursul de interpretare „Maluri de Prut”, (Chișinău, Moldova),
• 1999 – Premiul II la Concursul Internațional de interpretare „More Druziv” (Ialta, Ucraina),
• 1999 – Concursul internaţional de interpretare „Slaveanskii Bazar”(Vitebsk, Belarus),
• 1999 − Premiul Federației Internaționale al Festivalurilor (Los Angeles),
• 1999 – Premiul I – în cadrul formației „Milenium” la Concursul internaţional a tinerelor talente (Minsk, Belarus), 
• 2000 – Premiul I la Concursul internaţional de interpretare „Slaveanskii Bazar” (Kiev, Ucraina),
• 2003 – premiul „Moldstar”, interpreta și sex simbolul anului,
• 2004 – participantă a concursului „New Wave”,
• 2007 − locul 10 la Concursul internațional Eurovision (Helsinki).

În anul 2001 i s-a conferit titlul onorific „Maestru în Artă”.

Discografie:
2001 – „Între ieri și azi”,
2003 – „Zbor de dor”,
2009 − albumul de muzica populara cu Orchestra Naţionala de muzica populara „Lăutarii”− „Sînt fată de măritat",
2009 – „Fight − Best of Natalia Barbu”.

Albume:
2001 – Lansarea Primului album „Între ieri şi azi”,
2003 – Lansarea albumului „Zbor de dor”.