Выпускница Московского хореографического училища, Наталья Бессмертнова поступила в Большой театр в 1961 году, где проработала до 1995 года. Одной из ее лучших партий считалась Жизель в одноименном балете Адана, в числе других знаменитых спектаклей с ее участием числятся "Дон Кихот", "Спартак", "Лебединое озеро". Юрий Григорович отдавал ей главные роли в собственных постановках - Катерины в "Каменном цветке", Ширин в "Легенде о любви", Фригии в "Спартаке", Джульетты в "Ромео и Джульетте", Анастасии в "Иване Грозном", Риты в "Золотом веке".

Наталья Бессмертнова была лауреатом Ленинской и Государственной премий, народной артисткой СССР.