Она училась в Центральной школе речи и драмы, после чего играла в театре города Лидс, прежде чем появиться на сцене Национального театра. Закончив учебу, исполняла главные роли в спектаклях "Сон в летнюю ночь" и "Гамлет" (Офелия) в театре London Old Vic. С крупными чертами лица, густыми светлыми волосами и зелеными глазами, она воплощает тип женщины, называемый «belle femme». Экранным дебютом ее можно назвать появление в фильме отца «Атака легкой кавалерии» в возрасте трех лет. И театральный дебют тоже оказался связан с семьей — это была чеховская «Чайка».
В 1980-е годы Наташа Ричардсон снялась в нескольких телевизионных фильмах.
В 1985 году вместе с матерью и тетей Линн Редгрэйв сыграла в получившей высокую оценку критиков пьесе Чехова "Три сестры". На следующий год была удостоена Приза самого многообещающего новичка Лондонских театральных критиков. Годом раньше состоялся ее взрослый кинодебют. Как о киноактрисе заговорили о ней после роли Мэри Шелли в фильме Кена Рассела «Готика» (1986).
1993 году сыграла главную роль в римейке "Внезапно, прошлым летом" (Suddenly, Last Summer), исполнила главную роль в "Анне Кристи" на Бродвее. Не случайно ей удаются роли полных достоинства и жизненных сил обитательниц сельских уголков Англии, каких она играла в камерном психологическом этюде «Месяц в деревне» (A Month In The Country, 1987) и комедии «Вдовья гора» (Widows' Peak, 1994).
С 1984 по 1993 Наташа Ричардсон была замужем за продюсером Робертом Фоксом. После развода с ним в 1994 году она вышла замуж за актёра Лиама Нисона, с которым познакомилась на одной из театральных постановок. У Ричардсон и Нисона двое детей.
16 марта 2009 года актриса получила серьёзную черепно-мозговую травму на горнолыжном курорте Мон-Тремблан в Квебеке. Как сообщили представители горнолыжного курорта, она каталась без шлема на трассе для новичков и после падения не получила видимых повреждений. Пострадавшей предложили обратиться к врачу, но Наташа отказалась от медицинской помощи. Через какое-то время состояние актрисы резко ухудшилось, она впала в кому и её доставили в монреальский госпиталь Sacré-Coeur.
18 марта семья Наташи приняла решение отключить её от системы обеспечения жизнедеятельности, так как по оценкам врачей наступила смерть мозга и поддержание жизни было бессмысленным. По мнению врачей, её смерть удалось бы предотвратить, если бы актриса вовремя обратилась за медицинской помощью.
Её перевезли в Нью-Йорк, чтобы с актрисой могла проститься семья. Госпиталь Lenox Hill посетили её муж, мать и сыновья — 12-летний Дэниэл и 13-летний Майкл.
Позже было объявлено, что семья актрисы приняла решение предоставить органы Наташи для трансплантации нуждающимся.
Наташа была похоронена рядом со своей бабушкой, актрисой Рэйчел Кемпсон (1910—2003).