Natalia Sedovan isä Ivan Sedov oli varakas kauppias. Hänen äitinsä oli köyhtyneestä puolalaisesta aatelissuvusta. Natalia opiskeli Moskovan yliopistossa ja myöhemmin SveitsissäGeneven yliopistossa kasvitiedettä. Hän liittyi GenevessäGeorgi Plehanovin johtamaan opintopiiriin ja ryhtyi tukemaan sosialistien maanpaosta käsin toimittamaa Iskra-lehteä. Sedova siirtyi Pariisin Sorbonnen yliopistoon opiskelemaan taidehistoriaa, mutta ei ilmeisesti koskaan suorittanut tutkintoa. Vuonna 1902 Siperiasta paennut Lev Trotski asettui myös asumaan Pariisiin, jossa hän tapasi Sedovan. He elivät sen jälkeen koko ikänsä avoparina, mutta eivät koskaan menneet virallisesti naimisiin. Ei tiedetä varmuudella, mitätöitiinkö Trotskin ensimmäistä avioliittoa Aleksandra Sokolovskajan kanssa virallisesti koskaan.[2]
Vallankumousta edeltäneen ajan Trotski ja Sedova asuivat pääasiassa maanpaossa, välillä yhdessä ja välillä erossa toisistaan, tehden maanalaista vallankumoustyötä. Sedova oli Venäjällä vangittuna muutaman kuukauden vuonna 1905. Vuonna 1907 Sedova asui Trotskin toisen Siperian-karkotuksen aikana SuomessaTerijoella ja Trotskin paettua he asuivat hetken aikaa OulunkylänVilla Havulinnassa lähellä Helsinkiä. Pariskunta asui vuosina 1907–1914 Wienissä, sen jälkeen jälleen Pariisissa ja Sveitsissä sekä vuoden 1917 alussa lyhyen aikaa New YorkissaYhdysvalloissa. He palasivat takaisin Venäjälle helmikuun vallankumouksen jälkeen toukokuussa 1917. Lokakuun vallankumouksen jälkeen Trotski kohosi Neuvosto-Venäjän ulkoministeriksi ja myöhemmin sotaministeriksi. Sedovasta tuli heinäkuussa 1918 Neuvosto-Venäjän museoviraston pääjohtaja, missä tehtävässä hän toimi 1920-luvun lopulle saakka.[3]
Trotskin hävittyä Neuvostoliiton sisäisen valtataistelun Josif Stalinille hänet erotettiin puolueesta, määrättiin tammikuussa 1928 sisäiseen karkotukseen Alma-AtaanKazakstaniin ja lopulta helmikuussa 1929 karkotettiin kokonaan maasta Turkkiin. Sedova seurasi vapaaehtoisesti miestään karkotukseen. Maastakarkotuksen jälkeen Trotskit elivät vuosina 1929–1933 Turkissa, suuren osan tästä ajasta Prinkipon saarella lähellä Istanbulia, sillä mikään muu maa ei halunnut antaa Trotskille poliittista turvapaikkaa. Heinäkuussa 1933 Ranska myönsi Trotskille turvapaikan, mutta kielsi häntä asettumasta Pariisiin. Seuraavan kahden vuoden ajan pariskunta asui eri puolilla Ranskan maaseutua, kuten Saint-Palaisissa, Barbizonissa ja Grenoblen lähiympäristössä. Oleskelulupansa peruuttamisen vuoksi Trotski järjesti heille kesäkuussa 1935 uuden turvapaikan Norjasta, jossa he asuivat taidemaalari Konrad Knudsenin kotona HønefossissaOslon lähettyvillä. Neuvostoliiton painostuksesta Norja asetti Trotskin elokuussa 1936 kotiarestiin ja jätti joulukuussa hänen turvapaikkaoikeutensa uusimatta. Meksikon myönnettyä uuden turvapaikan Trotskit muuttivat tammikuussa 1937 viimeiseksi kotipaikakseen jääneeseen CoyoacániinMéxicon esikaupunkialueelle.[4]
Meksikossa Stalinin agentit tekivät Trotskia vastaan useita salamurhayrityksiä. Sekä Trotski että Sedova selvisivät vahingoittumattomina heidän kotiinsa 24. toukokuuta 1940 tehdystä aseellisesta hyökkäyksestä, mutta 20. elokuuta 1940 heidän lähipiiriinsä soluttautunut agentti Ramón Mercader onnistui murhaamaan Trotskin lyömällä tätä jäähakulla päähän.[5]
Trotskin ja Sedovan vanhempi poika Lev Sedov oli aktiivi bolševikki, mutta joutui vanhempiensa kanssa maanpakoon ja kuoli Pariisissa. Neuvostoliittoon jäänyt nuorempi poika Sergei Sedov ei ollut poliittisesti aktiivinen, mutta hänet vangittiin ja myöhemmin surmattiin Stalinin vainoissa.[7]
