Geboren in Sibirien, musikalische Ausbildung bei ihrer Mutter, der bekannten Geigenpädagogin Tamara Prishepenko. 1988 Übersiedlung nach Deutschland und 1989 Aufnahme des Studiums an der Musikhochschule Lübeck und ihren Abschluss bei David Geringas gemacht. Zuvor bereits Auftritte in den renommiertesten Konzertsälen der Sowjetunion. Bei internationalen Violin-Wettbewerben wiederholt zur Siegerin bzw. Preisträgerin gekürt (All Unions-Wettbewerb, Wieniawski-Wettbewerb, Paganini-Wettbewerb 1990, Tokio-Wettbewerb 1992 und Königin-Elisabeth-Wettbewerb 1993). Von 1994 bis 2012 Primgeigerin im renommierten Artemis Quartett. Mit diesem Gewinnerin beim ARD-Wettbewerb 1996 und 1998 beim internationalen Streichquartett-Musikwettbewerb Premio Paolo Borciani und Auftritte in allen bedeutenden Konzertsälen und bei den großen Festivals weltweit. Umfangreiche Diskographie mit dem Artemis-Quartett bei Virgin Classics/EMI, auszeichnet u. a. mit dem Gramophone Award, dem Echo-Klassik und dem Grand Prix de l’Academie Charles Cros (Beethoven-Quartette). 

Lehrtätigkeit an der UdK Berlin, gefragte Pädagogin und Jurorin bei Meisterkursen und Wettbewerben. Zum 1. September 2015 wurde Natalia Prishepenko als Professorin für Violine an die Hochschule für Musik Dresden berufen.