После окончания Высшего театрального училища им. Щепкина в 1990 году Наталья Вдовина мечтала вступить в труппу театра «Современник», однако в итоге начала работать в театре «Сатирикон» им. Аркадия Райкина. На театральной сцене она воплотила множество образов, включая роль Стеллы в спектакле «Великолепный рогоносец», Джульетты в шекспировской постановке «Ромео и Джульетта», Фру Гедды Тесман в «Гедде Гамблер», баронессы Штраль в лермонтовском «Маскараде» и Елены Андреевны в чеховском «Дяде Ване».
Дебют Натальи Вдовиной в кино состоялся в 1995 году в драме Сергея Урсуляка «Летние люди», в которой актриса исполнила роль Варвары Басовой. Затем последовал продолжительный перерыв, и Наталья возобновила кинокарьеру лишь в 2002 году, сыграв миссис Фоллиот в картине «Неудача Пуаро». Затем вышли драма режиссера Андрея Звягинцева «Возвращение», мелодраматический сериал Владимира Балкашинова «Небо в горошек» и лента Елены Жигаевой «Убить вечер» с участием Вдовиной.
В 2004 году актриса получила роль Елены Старковой в драматическом сериале «Таксист» Валентина Донского и Андрея Лукашевича. Год спустя Наталья Вдовина снялась в картине Веры Глаголевой «Заказ», а также сыграла роль Алевтины в криминальном сериале «Новый русский романс». В 2006 году польский режиссер Славомир Фабицкий предложил актрисе сняться в своем фильме «Возврат». Затем последовали сериалы «Ваша честь» Андрея Кавуна и «Очарования зла» Михаила Козакова, в котором Вдовина также отметилась участием. В 2007 году Наталья Вдовина появилась в телевизионном фильме «Прекрасная Елена» и боевике Александра Мохова «Учитель в законе».
Среди последних работ актрисы можно выделить роль Марины Серегиной в сериале «Суд», Елены Ивановны в комедийной драме «Какраки», Виктории в комедии «Двойная пропажа», Веры в историческом сериале «Исаев», Тамары Архиповны в триллере «Луна-луна» и Нины Вольной в мелодраме «На всю жизнь».
За выдающиеся успехи в кинематографе Наталья Вдовина была удостоена звания заслуженной артистки России.
