Natalia Goncharova a studiat sculptura la Moscova, dar a lucrat ca pictoriță și designer. A fost inspirată atât de interesul pentru arta populară rusă, cât și de modernismul în artă. Împreună cu partenerul ei de viață, Mihail Larionov, a dezvoltat pentru prima dată un stil numit raionism. Au făcut parte din avangarda rusă de dinainte de Revoluție. Au ajutat la organizarea așa-numitei expoziții "Coada măgarului" din 1912 și și-au prezentat lucrările la expoziția Der Blaue Reiter din München în același an.
Goncharova a devenit faimoasă în Rusia pentru lucrările sale futuriste, cum ar fi "Ciclistul", și pentru lucrările sale raioniste ulterioare. Au organizat seri de conferințe, iar Goncharova a scris și a ilustrat o carte în stil futurist.
În 1913, a început să creeze costume de balet și decoruri pentru Ballets Russes ai lui Diaghilev și nu numai. Ea a realizat scenografia și costumele pentru aceste balete: Le Coq d'Or" (1914), Liturghia (1915), Ygrushka (1921), Reynard (împreună cu soțul ei; 1922), Les Noces (1923), Une nuit sur le mont chauve (1924), Pasărea de foc (reluare în 1926), Sur le Borsythène (împreună cu soțul ei; 1932), Cendrillon (1938), Bogatyri (1938) și producția Sadler's Wells din 1954 cu Pasărea de foc.
Goncharova s-a mutat la Paris în 1921, unde și-a expus în mod regulat lucrările. A devenit cetățean francez în 1939. S-a căsătorit în cele din urmă cu Larionov, în 1955, și a murit la Paris, în 1962.
Cele mai mari colecții ale lucrărilor sale se află la Centrul Pompidou din Paris, la Muzeul Rusiei din Sankt Petersburg și la Galeria Tretiakov din Moscova.
