Дочь рязанского помещика, присяжного поверенного, председателя Рязанского отдела «Союза 17 октября», члена Госсовета от рязанского земства Климова, Сергея С. (?-1907).
- 1903 — окончила Рязанскую женскую гимназию
- 1903 — поступила на курсы Лохвицкой-Скалон в Санкт-Петербурге
- 1906 — была с отцом на Ривьере
- 1906 — в мае вступила в партию эсеров-максималистов
- 1906 — 30 ноября арестована за участие в покушении на Петра Столыпина (взрыв на Аптекарском острове). В казематах Петербургского ДПЗ Наталья Климова написала знаменитое «Письмо перед казнью», которое было напечатано осенью 1908 года в журнале «Образование» рядом с романом Марселя Прево и впоследствии обошло весь мир. Позже, для детей, Климовой была написана повесть «Красный цветок».
- 1907 — приговорена военно-полевым судом к смертной казни, замененной бессрочной каторгой.
- 1909 — в ночь с 30 июня на 1 июля из Московской Губернской женской тюрьмы (Новинской женской тюрьмы) бежало тринадцать каторжанок, вместе с тюремной надзирательницей Тарасовой.
В доме инженера Климова прожила месяц в Москве. И Калашников и Коридзе давно арестованы, вся Рязань была перевернута вверх дном жандармерией. Через месяц инженер отвез Наталью Сергеевну, как свою жену, по магистрали Великого Сибирского пути. На верблюдах через пустыню Гоби Климова добралась до Токио. Из Японии пароходом в Италию. Оттуда в Париж.
В эмиграции Климова — член Боевой организации ПСР. Подруга Бориса Савинкова.
1911 — Наталья Сергеевна знакомится с социал-революционером, боевиком, бежавшим с Читинской каторги. Это — земляк Михаила Соколова, «Медведя». Быстрый роман, торопливый брак.
1912 — отошла от революционной деятельности. Страстная натура, она полностью отдаётся материнству. Первый ребенок. Второй ребенок. Девочки. Борьба с нелёгким эмигрантским бытом.
1917 — революция в России и революционеры организовывают пароход в Росиию, но дети простудились, пароход ушёл. В сентябре у Климовой рождается третий ребенок, тоже девочка, живет недолго.
В 1918 году Наталья Сергеевна делает последнюю попытку уехать в Россию. Куплены билеты на пароход. Но — гриппом заболевают обе девочки Натальи Сергеевны, Наташа и Катя. Ухаживая за ними, заболевает сама Климова. Но это не просто грипп, это грипп 1918 года — мировой мор, «испанка». Климова умирает, и детей воспитывают друзья Натальи Сергеевны. Благодаря чему в русском языке появилась фраза: "Увидеть Париж и умереть". Отец — он в России — встретится с детьми только через пять лет, в 1923 году.
В 1934 году дочь Климовой Наталья навестила Надежду Терентьеву, подельницу матери по «Аптекарскому острову». «Не похожа на мать, не похожа», — так кричала Терентьева новой Наташе.
Наталья Климова стала прототипом Натальи Калымовой — главного действующего лица в романе Михаила Осоргина «Сивцев Вражек».
