Советская актриса театра и кино. Сдала экстерном экзамены на звание сельской учительницы (1914). С 1918 года начала работать в театрах. В 1922 году в Киеве поступила во второй состав Первого театра Украинской советской республики имени Тараса Шевченко. В 1923 году окончила театральную студию при театре. В 1925-1926 годах - ведущая актриса украинской Госдрамы в Одессе (ныне - Одесский академический украинский музыкально-драматический театр имени В. Василько). Играла также в Одесском русском драматическом театре. С 1926 года - ведущая актриса театра «Березиль» в Харькове (с 1935 года - Харьковский украинский драматический театр имени Шевченко). С 1936 года - актриса Академического украинского драматического театра имени Ивана Франко. С 1954 года - председатель Украинского отделения Театрального общества. В кино с 1926 года (первая роль - Галя Домбровская - в фильме «ПКП»). Ужвий Эйзенштейн приглашал в свой фильм «Иван Грозный», но Наталья Михайловна была обессилена после съёмок в военной драме «Радуга». Она надеялась, что в этом фильме её увидят братья. Надежды не оправдались - два брата и муж были расстреляны НКВД, как выяснилось после войны, ещё в 1939-м. Единственный сын Михаил умер от менингита в 24 года. В 1944 году был награжден «За успешную работу в области советской кинематографии в дни Отечественной войны и выпуск высокохудожественных картин» - за роль Олёны Костюк в фильме «Радуга». Народная артистка СССР (04.01.1944). Похоронена на Байковом кладбище. После смерти актрисы на доме, где она жила в Киеве, установлена мемориальная доска. Именем Наталии Ужвий названы улицы в Киеве и Харькове, дом ветеранов сцены в Пуще-Водице под Киевом.