Наталя Забіла народилася 20 лютого 1903 року в Санкт-Петербурзі в дворянській родині. Серед її предків був поет-романтик Віктор Забіла, її дід Пармен Забелло був скульптором, батьки її навчалися в художньому училищі Штіґліца. Дівчинкою Наталя Забіла зростала в мистецькій атмосфері, де шанували художнє слово, музику, живопис. Це, безумовно, вплинуло на її розвиток, на формування її мистецьких смаків. У дитинстві вона багато читала, зокрема твори Тараса Шевченка, тоді ж почала писати вірші. У 1917 році родина переїхала в Україну, оселилася в невеличкому селищі Люботин (тепер у Харківській області). Через те, що батько залишився в Петербурзі, старшим дітям довелося працювати, щоб якось вижити. Наталя Забіла закінчила прискорений курс гімназії, працювала на різних посадах, кілька років вчителювала в селі Старий Люботин (нині частина Люботина) під Харковом. Роки вчителювання багато дали майбутній письменниці: вона отримала чимало безпосередніх вражень про учнівське життя, навчилася бачити в кожному малюку особистість. У 1925 році Наталя Забіла закінчила історичне відділення Харківського інституту народної освіти. Під час навчання написала чимало прозових і поетичних творів, зокрема і для дітей. У 1924 році в Кам’янці-Подільському в газеті «Червоний кордон» її чоловік Сава Божко надрукував перший вірш Наталі Забіли на тематичній сторінці «Війна – війні». Після закінчення інституту Наталя Забіла працювала в редакції журналу «Нова книга», в Українській книжковій палаті. У 1926 році вийшла її перша поетична збірка «Далекий край». Вірші Наталі Забіли для дорослих відзначаються емоційністю, пристрасністю, неординарним поглядом на стосунки між людьми. Показовим у цьому плані є такий вірш без назви:

Чорним оком дивиться печера

В лісову ліянову межу.

Я – струнка, вигиниста пантера

Свій барліг невсипно стережу.

Виходжу зарошеним камінням,

Жовтозоро ріжу синю ніч,

І леліє місячне проміння

Оксамитним блиском на мені.

Вигинаю чорнії рамена –

Під ногами шурхом камінці...

А весною билися за мене

Молоді розпалені самці.

Диких джунґлів пахощі отруйні,

Чорні спини, пазурі і кров...

Розшайнулось пристрасно і буйно

Весняне змагання за любов.

Є закон – єдиний, невідхильний,

А життя – безжалісно ясне:

Має право жити тільки сильний, –

Тільки сильний може взять мене.

Жовтий зір мій синій присмерк ріже...

Кожний добре знає власний шлях:

Боротьба за волю і за їжу,

Боротьба самиці за малят...

Не вступити ворогу в печеру,

Не пройти заказану межу, –

Я – струнка, вигиниста пантера

Свій барліг невсипно стережу.

У 1927 році вийшла перша книжка Наталі Забіли для дітей, до якої увійшли оповідання «За волю» та «Повість про Червоного звіра». Наталя Забіла належала до Спілки селянських письменників «Плуг» і Всеукраїнської спілки пролетарських письменників. Видавши в 1928 році віршоване оповідання для малюків «Про маленьку мавпу», Забіла твердо стала на шлях творення дитячої літератури. І хоч час від часу у неї виходять книги й для дорослого читача, твори для дітей стають її покликанням, її щоденною турботою і з часом приносять їй заслужений успіх та любов мільйонів юних читачів. У 1930 році Наталя Забіла остаточно перейшла на творчу роботу, маючи вже з десяток здебільшого невеличких за обсягом книжок. Більшість із них адресовані юному читачеві: «Пригоди з автобусом» (1928), «У морі» (1929), «Про Тарасика й Марисю» (1930), «Ясоччина книжка» (1934). Пізніше, вже в повоєнний час, Наталя Забіла видала кілька ліричних збірок поезії для дорослих.

У роки Другої світової війни Наталя Забіла жила й працювала в Казахстані. Повернувшись до України, Забіла очолювала Харківську організацію Спілки письменників України, до 1947 року редагувала журнал для дітей «Барвінок». Наталя Забіла видала понад двісті книжок, переважно для дітей дошкільного та молодшого шкільного віку. Однією з найкращих і найпопулярніших книжок Наталі Забіли є збірка віршованих оповідань «Ясоччина книжка». Вісім невеличких оповідань збірки об’єднані однією героїнею – дівчинкою Ясею. Від першого оповідання «Ясоччин садок» до останнього «Ведмедикова хатка» минає рівно рік – від зими до зими. Яся – відважна, кмітлива, допитлива й винахідлива дівчинка; всі ці її риси яскраво виражені в її вчинках.

До найвідоміших збірок дитячих віршів Наталі Забіли належать «Оксанчине вбрання» (1937), «Про дівчинку Маринку» (1956), «Веселим малюкам» (1959). У прозовому доробку Наталі Забіли є роман «Тракторбуд» (кн. 1–2, 1931–1933), збірки оповідань «Родичі» (1934), «Рідний Київ» (1957, 1982), повість «Катруся вже велика» (1955), збірка «Оповідання, казки, повісті» (1962), чимало інших книжок.

Творчий доробок Наталі Забіли характеризується різноманітністю тем і жанрів. Недарма Валентин Бичко назвав творчість Наталі Забіли «материнською піснею, цікавою, барвистою, розумною, клопіткою, дбайливою». Просто й дохідливо розповіла Наталя Забіла малюкам про життя наших далеких предків у п’єсі-фантазії «Перший крок» (1968) та у драматичній поемі «Троянові діти» (1971). У 1972 році ці твори було відзначено літературною премією імені Лесі Українки (Наталя Забіла стала першим лауреатом цієї премії). За оповідання «Це було тої весни…» (1980) Наталя Забіла була удостоєна премії імені Олександра Копиленка (1981).

Наталя Забіла переклала з російської мови твори для дітей багатьох письменників, зокрема Олександра Пушкіна, Миколи Некрасова, Сергія Михалкова, Агнії Барто, Самуїла Маршака. Перекладала також із французької та польської мов. Здійснила римований переспів «Слова о полку Ігоревім», опублікований під назвою «Слово про Ігорів похід».

Наталя Забіла була автором підручників «Читанка» для другого класу (1933) і «Читанка» для першого класу (1939), які не раз перевидавалися.

Протягом багатьох років Наталя Забіла була головою комісії дитячої літератури у Спілці письменників України, членом редколегій дитячих журналів, редакційної ради Дитвидаву, виступала на письменницьких з’їздах і нарадах із питань дитячої літератури як критик і літературознавець.

Померла Наталя Забіла 6 лютого 1985 року в Києві.

У 1988 році журнал «Малятко» встановив премію імені Наталі Забіли за кращий літературний та ілюстративний матеріали, вміщені в часописі.