Родилась 19 сентября 1979 года в г. Бузулук Оренбургской области.
В 2001 году окончила Иркутский государственный университет по специальности «журналистика». Работала ведущей новостей и редактором на 21 канале в Иркутске. Уйдя с телевидения, работала как независимый журналист. Материалы Натальи Меркуловой шли по REN TV, на ОРТ и РТР. С 2002 по март 2004 года работала в Иркутске главным редактором канала НТС, ведущая программы «Особое мнение».
В 2003 г. совместно с режиссером Андреем Каминским создала шокирующий документальный фильм «Клетка» об условиях, в которых содержатся дети ВИЧ-инфицированных в Иркутском регионе. За него была награждена премией Артема Боровика, которая была вручена ей Международным пресс-клубом Америки (Overseas Press Club Of America) в Нью-Йорке.
В 2010 г. окончила Высшие курсы сценаристов и режиссеров в Москве (мастерская Андрея Герасимова и Андрея Добровольского).
За короткометражный документальный фильм «Травматизм» в 2008 г. получила спецприз фестиваля «Киношок».
В 2011-2012 годах начала работу над циклом короткометражных игровых фильмов «Субстанции» в жанре дэнс-муви. Фильм «Субстанция: Варенье» стал участником Chicago Underground Film Festival. Фильм «Субстанция: Молоко» стал участником кинофестивалей Women in Film (Ванкувер, Канада), Loikka Dance Film Festival (Хельсинки, Финляндия) и Dance on Camera Festival (Нью-Йорк, США).
В 2013 г. вышел дебютный полнометражный игровой фильм «Интимные места» (авторы сценария и режиссеры-постановщики – Наташа Меркулова и Алексей Чупов).
На 24-м фестивале Кинотавр в Сочи фильм был награжден призом «За лучший дебют» и специальным дипломом Гильдии киноведов и кинокритиков. Актриса Юлия Ауг за свою работу в фильме получила на Кинотавре приз «За лучшую женскую роль».
Фильм «Интимные места» был также удостоен специального приза жюри на МКФ «Black Nights» в Таллине (Эстония)».
Фильм «Интимные места» стал участником МКФ в Карловых Варах (Чехия), МКФ в Пусане (Южная Корея), МКФ в Котбусе (Германия), МКФ в Гетеборге (Швеция), фестиваля европейских фильмов Palich (Сербия), МКФ в Форт Лаудердейл (США), МКФ в Аделаиде и Канберре (Австралия), МКФ «Листопад» в Минске, международного кинофорума Scanorama в Вильнюсе, МКФ «Love and Anarchy» (Финляндия), кинофестиваля Subtitle (Ирландия), «Золотой абрикос» (Армения), фестивалей «Московская премьера» и «Меридианы Тихого». Фильм участвовал в фестивалях российского кино в США, Канаде, Великобритании, Франции, Германии, Швейцарии, Испании, Израиле, Польше, Армении, Грузии и Латвии.
В 2014-м году фильм «Интимные места» получил 3 номинации на российскую кинопремию «Ника» и 4 номинации на премию Российской Гильдии киноведов и кинокритиков «Белый слон». Сценарий фильма был номинирован на первую российскую сценарную премию «Слово».
В 2022 году Наталья Меркулова и Алексей Чупов покинули Россию и отправились в Баку (Азербайджан), где планируют создать киношколу.
