Siostra aktorek Constance i Normy Talmadge. Mimo, że występowała u ich boku, nie udało jej się jednak zdobyć takiej sławy jak im. W 1921 roku poślubiła słynnego komika Bustera Keatona. Mieli jednego syna. Zagrała w niewielu filmach, m.in. w "Rozkoszach gościnności", niestety większość z nich nie przetrwała do naszych czasów. Natalie pracowała w wytwórni Comique jako sekretarka aktora Roscoe Arbuckle. Podróżowała również z trupą teatralną Schencka. Wiele czasu spędzała u boku siostry Constance, a Anita Loos, autorka powieści "Mężczyźni wolą blondynki" napisała książkę "The Talmadge Girls", opowiadającą o życiu dwóch sióstr. Po rozwodzie z Busterem trudno było się jej pozbierać i już nie wyszła ponownie za mąż. Zakończyła swe życie w wieku 73 lat. Przyczyną śmierci były kłopoty z sercem. Plotkowano także, że Natalie umarła w wyniku alkoholizmu.