La directora, guionista y directora de casting creció en un entorno profundamente artístico, siendo hija de los reconocidos actores Julieta Egurrola y Arturo Beristáin. Desde su infancia, estuvo inmersa en el mundo del teatro y el cine, pero, en lugar de seguir la carrera actoral de sus padres, Natalia optó por explorar las posibilidades detrás de la cámara. Natalia es madre, fruto de su relación con el cineasta Kyzza Terrazas.

Egresada con honores del Centro de Capacitación Cinematográfica (CCC) en la especialidad de realización, Beristáin comenzó a destacar desde sus años como estudiante. Su cortometraje Peces plátano (2006), que aborda temas de pérdida y comunicación, obtuvo el premio a Mejor Cortometraje Mexicano en el Festival Internacional de Cine de Morelia (FICM) y formó parte de la Selección Oficial de la Semana de la Crítica en el Festival de Cannes 2008. Este reconocimiento internacional cimentó su reputación como una directora con un estilo único y una sensibilidad especial para abordar historias íntimas.

Antes de consolidarse como directora, trabajó como directora de casting en producciones notables como El violín (Francisco Vargas), Abel (Diego Luna), La jaula de oro (Diego Quemada-Díez) y 600 millas (Gabriel Ripstein), todas aclamadas por la crítica y galardonadas en festivales internacionales. Estas experiencias le permitieron aprender los matices de la dirección actoral, un elemento distintivo en su filmografía.

En 2012, Natalia debutó como directora de largometrajes con No quiero dormir sola, una exploración delicada y melancólica sobre la soledad femenina y las relaciones intergeneracionales, protagonizada por Adriana Roel y Mariana Gajá. La película se filmó con un presupuesto limitado de 400 mil pesos y el apoyo del gobierno de Morelos. Estrenada en la Semana de la Crítica del Festival Internacional de Cine de Venecia, obtuvo el premio a Mejor Largometraje Mexicano en el FICM 2012 y cinco nominaciones a los Premios Ariel, incluidas las categorías de Mejor Película y Mejor Ópera Prima. Además, ganó el Yellow Robin Award en el Festival Internacional de Cine de Curazao-Róterdam y el premio del jurado en el Festival del Nuevo Cine Mexicano de Durango.

Su segundo largometraje fue Los adioses (2017). La película narra la vida íntima de la escritora Rosario Castellanos, alejándose de los convencionalismos de la biopic tradicional para centrarse en su relación con el intelectual Ricardo Guerra y en los conflictos internos de una mujer adelantada a su época. Los adioses fue aclamada en el FICM, donde obtuvo el premio del público, y le valió a Beristáin una nominación al Ariel como Mejor Directora. La obra reafirmó su capacidad para crear relatos profundamente humanos y de gran carga emocional, además de posicionarla como una referencia dentro de los movimientos feministas contemporáneos.

En 2019, Natalia Beristáin dirigió junto a Hiromi Kamata la serie de Netflix Historia de un crimen: Colosio, una dramatización de los últimos días del político Luis Donaldo Colosio. Este proyecto, al igual que su participación como directora de episodios en Luis Miguel: La serie (2018), muestra su versatilidad para incursionar en distintos formatos audiovisuales.

En el ámbito documental, Beristáin ha explorado temas relacionados con la lucha social y las historias de mujeres. Su cortometraje documental Nosotras (2019) da voz a las víctimas de feminicidio y sus familias, mostrando su compromiso con las problemáticas de género y justicia social.

En 2009, fundó Chamaca Films, su compañía productora dedicada al cine y series con un enfoque autoral y social. También participó en la película colectiva Tales of Mexico (2016), dirigida junto a cineastas como Carlos Bolado y Ernesto Contreras, donde cada segmento explora un momento significativo de la historia de México a través de la vida en una misma habitación.

En 2022, presentó Ruido, un que aborda la desaparición forzada en México desde una perspectiva íntima y desgarradora. La obra ha sido aclamada por su valentía para confrontar temas difíciles con una sensibilidad única.