Натали Саррот — урождённая Наталья Ильинична Черняк — родилась в 1900 году в Иваново-Вознесенске, в образованной еврейской семье. Её мать, Полина Шатуновская (во втором браке Борецкая-Бергфельд), была литератором; отец, Илья Евсеевич Черняк (1869—1949) — инженером-химиком, выпускником Женевского университета. Мать публиковалась под псевдонимом «Н. Вихровский», автор романа «Время» (Берлин: Парабола, 1932), повести «Их жизнь». Отец в 1900 году основал около Соковского моста в Иваново-Вознесенске мануфактуру, в которой занимался промышленным производством красителей.
В 1902 году родители развелись. Мать вторично вышла замуж за историка и публициста Николая Петровича Борецкого-Бергфельда (1880, Тифлис — ?), автора книг «История Венгрии в Средние века и Новое время» (СПб: Брокгауз-Ефрон, 1908), «История Румынии» (СПб: Брокгауз-Ефрон, 1909 и 1910), «Колониальная история западно-европейских континентальных стран» (СПб: Брокгауз-Ефрон, 1912 и 1914), и переехала в Париж, а в 1906 году в Санкт-Петербург. Наталья некоторое время жила в новой семье матери, а в феврале 1909 года (в восьмилетнем возрасте) переехала к отцу в Париж (где он жил с 1907 года со своей второй женой Верой и вскоре вновь наладил производство красителей в Ванве). Мать с отчимом также покинули Россию и перебрались в Будапешт.
В Париже Саррот окончила лицей Фенелона, высшее образование получала в Сорбонне. В 1925 году окончила юридический факультет в Парижском университете и была принята в коллегию адвокатов, где и проработала до 1940 года.
В 1925 году Натали выходит замуж за адвоката Раймонда Саррота. У них родились три дочери — Анна, Клод и Доминик. В начале сороковых годов Саррот серьёзно начала заниматься литературой — в 1932 году была написана её первая книга «Тропизмы» — серия коротких эскизов и воспоминаний. Роман впервые был опубликован только в 1939 году, и Вторая мировая война не поспособствовала его популярности. В 1941 году под действием нацистского закона Натали Саррот была отстранена от должности адвоката, так как никогда не скрывала своего еврейского происхождения. Натали пришлось развестись с мужем, чтобы защитить его от действия нацистского закона. Развод никак не повлиял на их отношения — они оставались вместе до конца жизни.
Натали Саррот умерла, когда ей исполнилось 99 лет — осенью 1999 года в Париже.
