Российская актриса театра и кино. Наталья родилась 7 сентября 1960 года в Горьком (ныне Нижний Новгород). В 1979 году окончила Горьковское театральное училище (курс Б. А. Наравцевича и Р. Я. Левите), а затем в 1983 году — Театральное училище имени Б. В. Щукина (художественный руководитель Ю. В. Катин—Ярцев). Дипломной работой стала роль Лисистраты в спектакле по комедии Аристофана, поставленном Андреем Мекке. С 1984 по 1988 год Павленкова работала в Московском Новом драматическом театре. С 1988 года она работает в театре имени К. С. Станиславского (с 2015 года — Электротеатр Станиславский), является доцентом Театрального института имени Бориса Щукина. В 2013 году Наталья выпустила как художественный руководитель целевой курс при Театре им. Станиславского. Актриса сотрудничает с Театром Наций («Сказки Пушкина») и Центром драматургии и режиссуры А. Казанцева и М. Рощина («Сексуальные неврозы наших родителей»). В 2016 году на 27—м кинофестивале «Кинотавр» она была награждена призом за лучшую женскую роль за роль в фильме Ивана И. Твердовского «Зоология», а в 2020 году на 42—м международном кинофестивале в Каире награждена призом за лучшую женскую роль в фильме Ивана И. Твердовского «Конференция»