Закончила филиал Харьковского университета внутренних дел в Евпатории.
Занимала должности симферопольского межрайонного природоохранного прокурора и старшего прокурора в одном из отделов симферопольского Главного управления генпрокуратуры. В 2011 году была гособвинителем на громком процессе экс-депутата Верховной Рады Крыма и бывшего директора футбольного клуба «Таврия» Рувима Аронова[4] (дело ОПГ «Башмаки» — одной из крупнейших организованных преступных группировок Крыма 1990—2000-х годов, занимавшейся рэкетом, грабежами и убийствами). В том же году Поклонскую назначили Симферопольским межрайонным природоохранным прокурором, затем она перешла на службу в Генпрокуратуру Украины[5][6][7].
25 февраля 2014 года, во время кризиса на майдане в Киеве, написала рапорт об увольнении, обосновав своё решение тем, что «мне стыдно жить в стране, где по улицам разгуливают бандиты!». Однако начальство предложило ей сходить в отпуск. Наталья поехала к своей маме в Симферополь, где и предложила свою помощь правительству Крыма, чтобы не допустить повторения киевских событий[3].
11 марта 2014 года решением Совета министров Крыма советник юстиции Н. В. Поклонская назначена на должность прокурора Автономной Республики Крым, после того как четверо кандидатов-мужчин (трое, по информации Натальи Поклонской[8]), заместителей бывшего прокурора республики Вячеслава Павлова, отказались её занять[3][9].
Одновременно Поклонская была уволена из генпрокуратуры Украины, против неё было возбуждено уголовное дело за соучастие в действиях по захвату власти[3]. Сама Поклонская называет смену власти на Украине антиконституционным переворотом и вооружённым захватом власти[10], а новые киевские власти — «чертями из пепелища»[11].

Мо-ло-дец!