Народилася 12 травня 1978 року.
Випускниця Інституту міжнародних відносин КНУ ім. Шевченка 2000 року. Вільно володіє англійською та іспанською.
Заміжня, має сина.
З 2000 року працювала на посадах аташе та третього секретаря Кабінету Міністра закордонних справ України, третього та другого секретаря Представництва України при ЄС.
У 2006—2007 роках — головна консультантка Департаменту європейської та євроатлантичної інтеграції Головної служби зовнішньої політики Секретаріату Президента України.
У 2007—2009 роках — завідувачка Сектором із забезпечення роботи заступника Міністра закордонних справ України.
У 2009—2012 роках — начальниця відділу, заступниця директора департаменту, начальниця відділу з питань співробітництва в політичній, безпековій і оборонній галузях Департаменту Європейського Союзу МЗС України.
З жовтня 2012 року по березень 2014 року — заступниця Постійного представника України при міжнародних організаціях у Відні (Австрія).
З 9 березня 2014 по серпень 2015 — перша заступниця міністра закордонних справ. Членкиня української частини Консультаційного Комітету Президентів України та Республіки Польща.
З 26 серпня 2015 — Надзвичайна і Повноважна Посолка України у Великій Британії. З 25 вересня 2015 року Постійна представниця України при Міжнародній морській організації (ІМО) за сумісництвом.
Брала участь у численних двосторонніх і багатосторонніх переговорних процесах діяльності України, зокрема у рамках ЄС, НАТО, Ради Європи, ОБСЄ та інших міжнародних організацій.
20 липня 2020 звільнена з посади Посла в Британії, її посаду посів Вадим Пристайко
30 липня 2021 року Президент Володимир Зеленський призначив Наталію Галібаренко главою місії України при НАТО.
30.07.2021