Наталия Утевлевна Аринбасарова родилась 24 сентября 1946 года в Москве, в семье военного. В детстве она увидела фильм «Лебединое озеро» и мечтала стать балериной. Поэтому поступила в балетную школу, откуда была направлена на учебу в Академическое хореографическое училище при Большом театре.
В 1964 году режиссер А. Кончаловский искал героиню для фильма «Первый учитель». Увидев Наталию, он сразу утвердил ее на главную роль. После получения диплома артистки балета девушка приступила к съемкам. Эта роль принесла Аринбасаровой мировую известность и главный приз Венецианского кинофестиваля 1966 года (и тогда же она вышла замуж за Кончаловского и родила сына Егора — ныне известного кинорежиссёра). Потом было много ролей, и главных, и эпизодов, но за любую актриса бралась с особым интересом. И даже роли второго плана получались характерными.
Уже будучи мировой звездой, Аринбасарова поступила во Всесоюзный государственный институт кинематографии, в мастерскую С. Герасимова, который запрещал своим студентам сниматься. Но для Наталии мэтр делал исключение. Так молодая звезда снималась в фильме «Ташкент – город хлебный», сценарий к которому написал Кончаловский, специально введя в повествование небольшую роль для Аринбасаровой.
Играла она и в картине самого Герасимова – «У озера». Этот фильм он задумал, чтобы снять весь свой курс, где учились: Белохвостикова, Бондарчук, Гвоздикова, Еременко и др. Также в студенческие годы Наталия снялась в главных ролях в фильмах «Песнь о Маншук», «Спокойный день в конце войны», «Джамиля» и везде имела большой успех.
ВГИК Аринбасарова окончила в 1971 году, став актрисой Государственного театра-студии киноактера в Москве, и много снималась. Ею были сыграны прекрасные роли в фильмах: «Улан», «В ночь лунного затмения», «Вкус хлеба», «Транссибирский экспресс», «Секунда на подвиг», «Визит к Минотавру», «Вход в лабиринт» и многие другие.
Специалисты говорили, что Наталия Аринбасарова для кинематографа – «лакомый кусочек» – так как актриса ко всему подходит творчески, и каждая ее роль, – это всегда маленький шедевр. Хотя в последние годы она снимается не часто, но фильмы, в которых она играла, вошли в сокровищницу мирового кинематографа.
Сегодня творческая жизнь актрисы продолжается, она снимается в кино, выступает на благотворительных концертах. Аринбасарова – Заслуженная артистка РСФСР и Казахстана, дважды лауреат премии Ленинского комсомола, лауреат Государственной премии СССР и нескольких международных кинофестивалей, автор книги воспоминаний «Лунные дороги». Живет и работает в Москве.
