Наталья Кирилловна Нарышкина родилась 22 августа 1651 года в семье мелкопоместных дворян. За своё скромное происхождение она получила прозвище «лапотная царица» — завистники говорили, что в детстве девочка бегала в лаптях, как простая крестьянка. Помимо Натальи в семье было ещё шесть детей: Иван, Афанасий, Лев, Мартемьян, Фёдор, Евдокия. Впоследствии многие из них будут приближены к царю.
Когда Наталье исполнилось 11 лет, её отдали на воспитание дальнему родственнику Артамону Матвееву. Он сыграл не последнюю роль в судьбе будущей царицы. Прогрессивный и просвещённый фаворит царя, Матвеев был сторонником воспитания по западному образцу. Наталью обучали физике, литературе, поэтике, истории, математике. Кроме того, Нарышкина играла в театральных спектаклях и свободно говорила на немецком. Вместе с женой Матвеева, шотландкой Евдокией Гамильтон, Наталья Кирилловна принимала светские рауты, во время которых общалась с образованными мужчинами. Подобное поведение было неслыханным для 17-го века.
На одном из таких светских раутов Наталью Нарышкину представили царю Алексею Михайловичу. Государь не смог устоять перед красавицей. По свидетельствам современников, Наталья и правда обладала яркой внешностью: высокая, изящная, с приятным лицом.
Знакомство совпало по времени с поисками второй жены для царя. Первая, Мария Милославская, скончалась из-за послеродовой горячки. И хотя Нарышкиной пришлось наравне с другими девушками участвовать в смотре невест, её «победа» была предопределена.
Венчание прошло 22 января 1671 года, а через год у пары родился сын — будущий император Пётр I. Впоследствии Наталья Кирилловна рожала ещё дважды — на свет появились дочери Наталья и Феодора. Последняя умерла в младенчестве.
Под влиянием молодой образованной жены государь пристрастился к музыке, танцам и светской жизни. Более того, по просьбе царицы Алексей Михайлович завёл профессиональный театр.
Спустя 5 лет после венчания царь умер. Наталья Кирилловна до конца жизни не снимала траур по мужу.
Смерть Алексея Михайловича в корне изменила спокойную жизнь государыни, вынудив её встать во главе рода и вступить в длительную борьбу за власть с Милославскими.
В январе 1676 года престол занял старший сын Алексея Михайловича от первого брака Фёдор Алексеевич. После его венчания на царство Наталья Кирилловна вместе с детьми покинула Кремль и отправилась в село Преображенское. Там Пётр и Наталья провели детство.
Наталья Кирилловна воспитывала детей по западному образцу. Уже в 3,5 года Пётр начал изучать грамоту и немецкий язык. Интерес к наукам не покидал Петра до конца жизни.
Слабый здоровьем Фёдор Алексеевич скончался в 1682 году. На престол претендовали Иван (согласно некоторым источникам, слабоумный и страдающий эпилепсией) и Пётр. Последнего поддерживали бояре. Царевна Софья, дочь Алексея Михайловича от первого брака, устроила провокацию: был распространен слух, что Ивана якобы умертвили. Узнав об этом, стрельцы подняли бунт. Жертвами террора стали практически все сторонники Нарышкиной, в том числе её наставник Артамон Матвеев, а также братья Иван и Афанасий. Родители матери-царицы были насильно пострижены в монахи. Когда стрельцы утихомирились, Петра и Ивана признали соправителями, Софья была назначена регентом.
Чтобы подготовить Петра к управлению государством, Нарышкина создала в Преображенском потешные войска, в которых воспитывались дети из знатных семей. Таким образом формировался преданный государю круг единомышленников, будущая элита страны. Кроме того, потешные войска стали школой мужества и закалили характер Петра, позволили получить более обширные знания в военном деле и стратегии.
По инициативе Натальи Кирилловны была организована женитьба Петра на Евдокии Лопухиной. Вступив в брак, несовершеннолетний царевич признавался дееспособным и имел право управлять страной без регента.
В 1689 году, воспользовавшись тем, что Софья ослабила хватку и утратила былую мощь и авторитет, Нарышкина сплотила своих сторонников и вынудила регентшу уступить престол Петру. В течение следующих пяти лет Наталья Кирилловна вместе с братом Львом и патриархом Иоакимом фактически управляли государством. Софья же была сослана в монастырь, где и оставалась до конца своей жизни.
Наталья Кирилловна Нарышкина умерла на 43-м году. Усыпальница царицы находится на территории Вознесенского монастыря в Москве.