Наталия Валерьевна Филева родилась 27 ноября 1963 года в Новосибирске. Окончила Новосибирский электротехнический институт (ныне — Новосибирский государственный технический университет) по специальности «инженер-радиомеханик» и Новосибирский институт народного хозяйства (ныне — Новосибирский государственный университет экономики и управления «НИНХ») по специальности «организация управления производством».
Кандидат экономических наук. В 2000 году в Московском государственном техническом университете гражданской авиации Наталия Филева защитила диссертацию на тему «Формирование системы оперативного управления экономической деятельностью авиакомпании в условиях реструктуризации рынка».
В 1995 года была директором Новосибирского филиала инвестиционной компании «Еврофинансы». С 1996 по 1998 годы Наталия Филева — генеральный директор инвесткомпании «Еврофинансы-Новосибирск».
В 1997 году супруги Наталия и Владислав Филевы приобрели часть акций авиакомпании «Сибирь». Сразу после кризиса 1998 года они стали владельцами контрольного пакета предприятия и занялись развитием бизнеса. В 2001 году «Сибирь» вышла на московский авиарынок, поглотив «Внуковские авиалинии». Через год авиакомпания заняла второе место по перевозкам пассажиров в России.
В 1998-2005 годах Наталия Филева была первым заместителем генерального директора ОАО «Авиакомпания «Сибирь» по финансам, экономике и коммерческой работе.
В мае 2004 года контрольный пакет акций «Сибири» был зарегистрирован на Наталию Филеву. В 2006 году она впервые вошла в рейтинг самых успешных женщин России по версии журнала «Финанс» с оценкой капитала в $155 млн.
В 2005-2009 годах Наталия Филева — генеральный директор ЗАО «Группа компаний S7» (образована на базе авиакомпании «Сибирь»).
С 2009 по 2017 годы занимала пост председателя совета директоров ЗАО «Группа компаний S7», была членом совета директоров ПАО «Авиакомпания «Сибирь» (бренд — «S7 Airlines»).
С 2017 года являлась членом совета директоров ПАО «Авиакомпания «Сибирь», советником генерального директора ЗАО «Группа компаний С7» Антона Еремина.
В 2018 году Наталия Филева была четвертой в рейтинге богатейших женщин России по версии журнала Forbes с состоянием $600 млн. По данным «Спарк-Интерфакс», ей принадлежало 17,77% акций «Группы компаний S7» (аналогичная доля была у мужа). Также Наталия Филева была совладельцем фирмы «Инвест Финанс» (Москва, доля – 50%).
Была замужем за председателем совета директоров «Группы компаний S7» Владиславом Филевым. Имела троих детей.