Народилася Забіла Наталя 5 березня 1903 року в місті Петербурзі у дворянській родині з великими мистецькими традиціями. Старовинний козацько-старшинський рід Забіл був багатим на яскраві постаті. Його засновник Петро Забіла (1580-1689) славний не тільки рідкісним (особливо на ті часи) довгим віком, а й багатьма справами: як борзнянський полковник у часи Богдана Хмельницького, як генеральний суддя в адміністрації Івана Брюховецького, нарешті як 105-річний генеральний обозний. Рідний дід Наталі — Пармен Забіла (1830—1917) — прославився як скульптор, академік Петербурзької академії мистецтв, автор відомих творів: бюстів Т. Шевченка, М. Гоголя, пам’ятника О. Герцену в Ніцці. Парменів дядько Віктор Забіла (1808-1869) був відомим українським поетом-романтиком, другом Тараса Шевченка, автором популярних пісень «Не щебечи, соловейку», «Гуде вітер вельми в полі». А Надія Забіла (1868-1913) — це не просто Наталчина тітка та дружина видатного художника Михайла Врубеля (1856-1910), а й відома російська співачка з чудовим лірико-колоратурним сопрано. Саме її ми бачимо на знаменитій врубелівській картині «Царівна-лебідь» (1900 р.).

Батьки Наталі вчилися в художньому училищі Штігліца. Отже, дівчинка зростала в атмосфері захоплення художнім словом, музикою, живописом, і це, певна річ, вплинуло на її розвиток, художні смаки. Вона багато читала, зокрема, твори Т. Шевченка, і вже в дитинстві пробувала писати вірші, казки, оповідання. Писала, як пізніше зазначить Наталя Львівна, «сама для себе, не надаючи серйозного значення цій справі і аж ніяк не гадаючи робити з цього свою основну професію».

1917 року сім’я переїжджає в Україну й оселяється в невеличкому селищі Люботин Харківської області. Батько залишився в Петербурзі, тому старшим дітям довелося працювати, щоб якось вижити. Наталя закінчує прискорений курс гімназії, працює на різних посадах, кілька років вчителює в селі Старий Люботин під Харковом. Роки вчителювання багато дали майбутній письменниці — вона дістала чимало безпосередніх вражень про учнівське життя, навчилася бачити в кожному малюкові особистість. У 1925 році Наталя Забіла закінчила історичне відділення Харківського інституту народної освіти. Ще в студентські роки Наталя пише твори для дітей, прозу та поезію. У 1924 році у кам’янець-подільській газеті «Червоний кордон» був надрукований перший вірш Наталі, який мав назву «Війна — війні».

Після закінчення інституту працювала співробітником редакції журналу «Нова книга», в Українській книжковій палаті.

У 1926 році вийшла перша книжка її поезій «Далекий край», а 1927 — перша книжка для дітей — оповідання «За волю» та «Повість про Червоного звіра».

Видавши 1928 року віршоване оповідання для малюків «Про маленьку мавпу», Наталя Забіла твердо стає на шлях творення дитячої літератури. І хоч час від часу у неї виходять книги й для дорослого читача, однак твори для дітей стають її покликанням, її щоденною турботою і з часом приносять їй заслужений успіх і любов мільйонів юних читачів. У 1930 році вона остаточно переходить на творчу роботу, маючи вже десяток — хай здебільшого й невеличких за обсягом — книжок. Більше половини з тих поетичних і прозових збірочок адресувалися юному читачеві: «Пригоди з автобусом» (1928), «У морі» (1929), «Про Тарасика й Марисю» (1930), «Ясоччина книжка» (1934). Пізніше, вже в повоєнний час, вона випустила кілька ліричних збірок поезії для дорослих.

У роки Вітчизняної війни Наталя Забіла жила й працювала в Казахстані. Повернувшись в Україну, очолювала Харківську письменницьку організацію, до 1947 року редагувала журнал «Барвінок». Близько 200 книжок для дітей, переважно для дошкільного та молодшого шкільного віку, видала Наталя Забіла за час своєї літературної діяльності. Великою популярністю у юних читачів користуються збірки: «Під ясним сонцем» (1949), «Веселим малюкам» (1959), «У широкий світ» (1960), «Оповідання, казки, повісті» (1962), «Стояла собі хатка» (1974), «Рідний Київ» (1977, 1982), а також «Вибрані твори» в чотирьох томах (1984).

Поетеса широко відома як перекладач та популяризатор в Україні дитячої літератури інших народів. їй належать переклади творів О. Пушкіна, М. Некрасова, С. Михалкова, А. Варто, С. Маршака, К. Чуковського. Плідно вона працювала і в галузі перекладу з французької, польської та інших мов. Твори самої письменниці перекладалися багатьма мовами. а      Крім того, Наталя Забіла була автором підручників «Читанка» для 2 класу (1933) і «Читанка» для 3 класу (1939), які перевидавалися кілька разів.

Наталя Львівна вела велику громадську роботу. Протягом багатьох років була головою комісії дитячої літератури у Спілці письменників України, членом редколегії дитячих журналів, редакційної ради Дитвидаву, виступала на письменницьких з’їздах і нарадах з питань дитячої літератури як критик і літературознавець.

Померла Наталя Забіла 6 лютого 1985 року.