娜塔莉亚是路易九世和卡洛琳的第四个女儿。出生于普鲁士王国境内的勃兰登堡州的普伦茨劳。她的三姐黑森-达姆施塔特的阿玛莉亚公主的女儿，巴登的路易莎，后来成为了她的孙子俄国沙皇亚历山大一世的妻子（婚后改名为伊丽莎白·阿列克谢耶芙娜）。

1773年，俄国女皇叶卡捷琳娜二世为了给自己的儿子保罗大公（后成为沙皇保罗一世）挑选一个适龄的德国公主做妻子，让她的老朋友普鲁士国王腓特烈大帝给她“引荐”几位公主。?经过多方考虑腓特烈大帝的寻找，发现黑森-达姆施塔特的伯爵家里还有三位待字闺中的公主。三位公主都貌美如花，一时间腓特烈大帝挑花了眼，不知道选哪位好，于是叶卡捷琳娜二世给娜塔莉亚还有她的姐姐阿玛丽和妹妹路易莎以及妈妈寄去了邀请函。因为事发突然，三位公主不得不在最短的时间内去掌握好她们的法语、跳好她们的舞蹈、练好她们的屈膝礼，补充好她们的衣柜。她们的第一站是柏林，在这里，叶卡捷琳娜二世派遣了一支由四艘舰艇组成的小型船队等候着她们，?并送她们安全抵达俄国。这支小型船队是由保罗大公的好朋友，安德烈·拉茨莫夫斯基指挥的。安德烈很快就被这些美丽动人的“乘客”吸引住了，特别是娜塔莉亚，但娜塔莉亚本人却对安德烈的爱慕完全没有感觉。

在船队抵达俄国后的第三天，保罗大公选择了年轻貌美的娜塔莉亚为自己的妻子。娜塔莉亚非常阳光而且活泼，保罗被她深深的吸引住了。他们的订婚仪式非常的奢华，娜塔莉亚皈依了东正教，得到了自己的新名字：娜塔莉亚·阿列克谢耶芙娜。1773年9月29日，他们完成了婚礼。

在娜塔莉亚婚礼后的几个月里，由于她的活泼好动，使整个俄国宫廷变得生机勃勃。开始时婆婆叶卡捷琳娜二世对这位儿媳妇也是非常的满意，?但是没过多久，矛盾就渐渐地浮出水面。保罗和娜塔莉亚的婚姻就是一个失败。婆婆在信里这样写自己的媳妇“”娜塔莉亚拒绝学习俄语，而且极力帮助自己的丈夫保罗夺取皇位。娜塔莉亚越来越觉得自己需要权力，因为她是个女人，所以没有权力而失望，因为她的丈夫而失望。渐渐地，她爱上了当年送她来俄国的那位年轻的官员安德烈，开始了婚外情事件。娜塔莉亚运气很不佳，整个俄国宫廷都知道了她的出轨事件。安德烈被赶出了宫廷，保罗对这个情况毫不知情，在自己母亲面前极力抗议对安德烈的流放。在这个时间里，娜塔莉亚已有身孕，婆婆叶卡捷琳娜二世对这个孩子是保罗还是安德烈的一点不关心。娜塔莉亚的肚子里怀着俄国皇位的继承人，对于叶卡捷琳娜二世来说，这才是最重要的。?

在经过了一个漫长又痛苦的生育过程后，1776年4月15日，娜塔莉亚最终生了一个死胎。这个婴儿非常的大，对娜塔莉亚来说，顺产已经是不可能的事情，当时的条件，宫廷医生们是无法进行剖腹产手术的。生育过后不久，娜塔莉亚就撒手人寰了。她的丈夫抱着她，发疯地质问那些宫廷医生。Corberon骑士在晚饭期间询问了军医莫罗，后来他写道：“他（指莫罗）私下里告诉他的观点，军医和宫廷医生都是些废物。大公妃本不会死的。事实上，大公妃在产前没有进行过任何的特殊关照。人们非常的生气，他们非常的痛苦，伤心的流泪。昨天和今天，在商店里的人们都在议论说道，u2018u2019”年老的老头（老妇人）就是在影射叶卡捷琳娜二世。?