Nació el 19 de Enero de 1897. Falleció el 5 de Junio de 1966 en EEUU. Su nombre real era Winifred Shaughnessy, y nació en Salt Lake City, en Utah. El padre de Natacha era un irlandés católico que había tomado parte en la guerra civil de EEUU del lado de la unión y que luego se convirtió en un  hombre de negocios,  y que tendría además problemas con la bebida y con el juego. La madre de Natacha provenía de una familia mormona, era descendiente del patriarca mormón Heber C. Kimball. Su madre se mudó para trabajar en San Francisco, convirtiéndose luego en una mujer itinerante, no sólo de ciudades sino de parejas. 

Natacha fue primero famosa por ser la esposa  de Rudolf Valentino, pero era también una bailarina talentosa y una diseñadora de escenografía bastante talentosa; llevó el estilo Art Deco a Hollywood por primera vez. A la edad de 17 años se convirtió en la protegida y amante del bailarín de ballet ruso Theodora Kosloff, un tipo manipulativo y brillante que le disparó en la pierna cuando ella se escapo de su compañía. 

Estuvo relacionada a Alla Nazimova como directora artística, en ese entonces abundaban los rumores que la involucraban sexualmente a Alla. Esos rumores no fueron probados, al parecer Rambova profesaba cierto disgusto por la subcultura lésbica. Los diseños de Rambova y sus vestuarios, eran extremadamente innovadores, influenciados por el art nouveau y el art deco, el legendario artista francés Erte se declaró fan de Rambova. Los diseños de vestuario  y set para la obra Salome de Nazimova estaban basados en las ilustraciones de Beardsley para la obra de Wilde. Conoció a Valentino cuando estaba trabajando con Nazimova en Camila, en ese entonces el era un tanto desconocido, el film Los cuatro jinetes del Apocalipsis que lo llevaría a la fama todavía no había sido lanzado. Ambos se enamoran y se escapan en mayo de 1922, este hecho produjo un gran escándalo, ya que se supo que Valentino no estaba legalmente divorciado de su primer esposa Jean Acker. Luego de ser arrestado y multado por bigamia, Valentino obtuvo el divorcio y ambos se volvieron a casar. De ese matrimonio se dijo siempre que era una fachada, una unión por conveniencia con el fin de ocultar la homosexualidad de ambos. En el año 1926 se divorciaron, el motivo del divorcio era la poca libertad y la sumisión en la que estaba inmerso Valentino a causa de Natacha. Pocos meses después Valentino falleció a causa de una úlcera estomacal provocada por el stress. Rambova partió para España donde se casó con Alvaro de Urzaiz en 1930.