Nacida en Rusia, comenzó su carrera en la Escuela Vaganova a los 13 años. Luego de su graduación, se unió al Kirov Ballet donde obtuvo el rango de ballerina. Ingresó a la escena internacional tras su performance como Giselle, en Londres, con el Kirov Ballet. En 1970 durante una gira, pidió asilo en Inglaterra y comenzó una nueva etapa en su carrera uniéndose al American Ballet Theatre. En 1972 ingresa al Royal Ballet y también fue frecuentemente invitada a bailar junto a las compañías más prestigiosas del mundo. Su trayectoria incluye todo el repertorio clásico y ballets de coreógrafos contemporáneos como MacMillan, Robbins y Balanchine.
Entre los ballets y pas de deux creados para ella se destacan Other Dance (con Baryshnikov), Le Rossignol y Contredances (con Dowell), Epilogue (con Bruhn). En 1980 se encargó de la producción y dirección completa de La Bayadera para el American Ballet Theatre, convirtiendo a la compañía norteamericana en el primer elenco occidental en interpretar la obra íntegra. Repuso este ballet para 18 compañías de distintos países, además de dirigir La bella durmiente, Giselle, Paquita y El lago de los cisnes.
Su trabajo para televisión incluye la serie Ballerina, la cual escribió y presentó para la BBC, Assoluta (BBC), Makarova Returns (BBC), y Natalia Makarova Two Lives, entre otras producciones. Debutó en el ámbito de la comedia musical, en Broadway, con On Your Toes, ganando el Premio Tony a Mejor Actriz en 1983, como también el Drama Desk Award y el Stanislavsky Award. En 1989, luego de 19 años de ausencia, fue la primera artista exiliada, invitada a bailar con el Kirov en la Unión Soviética.
En 1992 regresó a su país natal con la obra teatral Two for the Seesaw, que presentó en Moscú y San Petesburgo. En 2012, en Washington D.C., recibió el Kennedy Center Honors Award. En Moscú, en 2014, fue galardonada con el premio Soul of Dance por el Russian Ballet Journal y el Ministro ruso de Cultura. Actualmente dirige producciones de ballet alrededor de mundo.
