Наталія Антоненко народилася в с. Караван, Ново-Водолазький району, Харківської області.

Ази професійної майстерності вивчала на курсі народного артиста СРСР Леоніда Тарабаринова, Миколи Борисенка і Галини Мілютченко.

Творчу кар’єру почала актрисою Харківського театру юного глядача (1984 -1990).

У Харківському академічному театрі музичної комедії дебютувала в 1990 році, виконавши роль Попелюшки в однойменній музичній казці Антоніо Спадавеккіа.

Наталія Антоненко створила цілу галерею лірико-драматичних персонажів: Стассі, Маріетта, Мабель, Еліза Дуліттл, Кончіта. Сьогодні Наталія Антоненко знаходить особливі фарби для комічних і характерних ролей.