Регалии: Заслуженный мастер спорта СССР; Заслуженный тренер РСФСР; 3-кратная чемпионка СССР (1936, 1937, 1940) в эстафете 4х100 метров; серебряный призер чемпионата СССР (1939); 4-кратный бронзовый призер чемпионатов СССР (1936, 1937, 1940, 1943) в беге на 100 и 200 (трижды) метров.
Родилась 5 марта (20 февраля по новому стилю) 1917 года в Москве.
Наталья Петухова некоторое время занималась легкой атлетикой в ЦДКА, затем перешла в «Спартак», где тренировалась в одной группе с братьями Знаменскими. Пять братьев Натальи выступали за футбольную и хоккейную команды «Спартака».
В довоенные годы выиграла первую студенческую Спартакиаду, первенство общества «Спартак», трижды стала чемпионкой страны в эстафете.
Во время Великой Отечественной войны Наталья Васильевна работала на оборонном предприятии, потом вернулась в «Спартак», была назначена на должность заместителя председателя отраслевого совета.
После окончания аспирантуры была направлена в Госкомспорт, работала государственным тренером, а после преобразования структуры - тренером-методистом.
Считалась очень строгим работником. Отвечая за присвоения званий в управлении легкой атлетики, не раз фиксировала подлоги и нарушения.
После распада СССР была приглашена во Всероссийскую федерацию легкой атлетики, где и работала, отвечая за работу с ветеранами.
Скончалась 1 сентября 2013 года в Москве. Похоронена на Ваганьковском кладбище.