Lo suyo fue amor a primera vista, con la cámara y con los espectadores. Debutó en el largometraje con Vivir es fácil con los ojos cerrados (2013), por la que ganó el Goya como actriz revelación. Dos años después, lo ganaría como actriz protagonista por su desgarradora interpretación de una madre desesperada que lucha por sacar adelante a su hijo de diez años en Techo y comida. Luego seguirían tres candidaturas más, todas como actriz de reparto (Quién te cantará, Adiós y Las niñas), lo que convierte a Natalia de Molina (Jaén, 1990) en una de las actrices más queridas por los Goya.
Ella puede con todo y lo mismo la vemos en una situación límite como policía atrapada en un edificio en Asedio (2023), que metida en un triángulo amoroso con Jaime Lorente y Chino Darín en la estupenda, violenta y sin concesiones serie Mano de hierro (2024). ¿Lo próximo? Interpretar a la inclasificable Loly Álvarez en la miniserie de Nacho Vigalondo Superestar.