Actrice franco-bulgare, Natalia Dontcheva est la fille du comédien Plamen Dontchev. Elle s’installe en France à la fin des années 1980 et se forme au Conservatoire national supérieur d’art dramatique. Elle se partage ensuite entre la scène, le cinéma et la télévision.
Natalia Dontcheva apparaît notamment dans Le voyage à Paris (1999) de Marc-Henri Dufresne, Le pressentiment (2006) de Jean-Pierre Darroussin, Un homme et son chien (2009) de Francis Huster et L’apparition (2018) de Xavier Giannoli.
Son rôle le plus remarqué au cinéma demeure celui de Madame de Joncquières, mère d’Alice Isaaz, dans Mademoiselle de Joncquières (2018) d’Emmanuel Mouret. Elle obtient une nomination au Prix Iris de la meilleure actrice dans un second rôle au Gala Québec Cinéma pour Sashinka (2017) de Kristina Wagenbauer.
En parallèle, Natalia Dontcheva devient un visage familier de la télévision française grâce à plusieurs séries et téléfilms, comme Joséphine, ange gardien et Julie Lescaut. Au théâtre, elle est dirigée notamment par Hélène Vincent, John Malkovich, Arnaud Sélignac et Daniel Auteuil.
Natalia Dontcheva est décédée le 1er août 2026, à l’âge de 56 ans.