В 1999 году окончила Московский государственный лингвистический университет по специальности «Лингвистика и межкультурная коммуникация», в 2009 году – аспирантуру Московского городского педагогического университета.

2000 - 2004 гг. – работала преподавателем Московского государственного лингвистического университета.
2005 - 2013 гг. – старший преподаватель, доцент кафедры западноевропейских языков и переводоведения, кафедры немецкого языка и современных технологий обучения Московского городского педагогического университета.
2012 - 2013 гг. – заместитель директора института иностранных языков Московского городского педагогического университета по приёму абитуриентов и профориентации школьников.
2013 - 2017 гг. – проректор по воспитательной и социальной работе Московского городского педагогического университета.
2017 - 2020 гг. – заместитель начальника управления реализации государственной политики в сфере образования Департамента образования и науки города Москвы.
С мая 2020 года замещала директора Департамента координации деятельности организаций высшего образования Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

С 19 апреля Наталья Сергеевна назначена исполняющей обязанности ректора Государственного института русского языка им. А.С. Пушкина (Институт Пушкина).
С 19 сентября 2022 назначена ректором Государственного института русского языка имени Пушкина.

В 2019 г. Наталья Сергеевна награждена почётной грамотой Министерства просвещения Российской Федерации.
В 2021 г. награждена почётной грамотой Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, медалью «За взаимодействие» Министерства транспорта Российской Федерации, почётной грамотой Центральной избирательной комиссии Российской Федерации, памятной медалью Министерства культуры Российской Федерации,
В 2022 году Наталье Трухановской присвоено звание «Почётный работник сферы образования Российской Федерации».