Élève au cours Raymond Girard dans la promotion dont sortiront Jean-Paul Belmondo, Françoise Fabian, Annie Girardot, Jean-Pierre Marielle et Jean Rochefort, elle doit renoncer, pour une question d'âge, à se présenter à l'examen d'entrée du Conservatoire national supérieur d'art dramatique et entame rapidement une carrière de danseuse.
Devenue ensuite monteuse, scripte et costumière, elle collabore à partir des années 1960 à diverses réalisations de Jean-François Davy (pour lequel elle œuvre également comme coscénariste ou adaptatrice), Robert Lapoujade, Jean-Pierre Mocky, F.J. Ossang et Jean-Pierre Bastid.
En 1969, peu de temps après avoir pris part aux États généraux du cinéma consécutifs à l'Affaire Langlois, elle entame un long compagnonnage professionnel avec Jean Rollin dont elle devient, peu à peu, l'éminence grise. C'est également lui qui la fait débuter comme comédienne à l'écran dans La vampire nue. Elle réapparaîtra par la suite dans une demi-douzaine de films tournés par ce pape de la « série B », interprétant avec la même constance des mères possessives (Lèvres de sang), des amnésiques La nuit des traquées, des bonnes sœurs Les deux orphelines vampires et des sorcières La fiancée de Dracula.
En 2009, elle poursuit sa carrière de technicienne, comme scripte, notamment sur les films du réalisateur Marocain Daoud Aoulad-Syad, avec qui elle a tourné huit films dont Le cheval de vent et En attendant Pasolini, long métrage qui a reçu le grand prix du festival de film du Caire en 2007. Elle s'investit également dans les projets de films de Johann Gasnereau, dont L'histoire de Marie où elle tient également un rôle secondaire.
Fin janvier 2009, début 2010, elle tourne une fois de plus en tant que scripte au Maroc le nouveau long métrage de Daoud Aoulad-Syad qu'elle a également monté. En mai 2010, elle a accompagné le tournage d'une websérie interactive réalisée par l'Association Le temps presse en tant que scripte et accessoiriste.
Natalie Perrey est la mère de la comédienne Cyrille Gaudin, qui fut (sous le nom de Cyrille Iste) la fiancée de Dracula dans le film éponyme.
Comédienne
1969 : La vampire nue de Jean Rollin
1969 : La débauche ou Les Amours buissonnières de Jean-François Davy
1971 : Leseuil du vide de Jean-François Davy
1973 : Le sourire vertical de Robert Lapoujade
1973 : La rose de fer de Jean Rollin
1975 : Lèvres de sang de Jean Rollin
1976 : Le fou de mai de Philippe Defrance
1979 : Fascination de Jean Rollin
1979 : La nuit des Traquées de Jean Rollin
1980 : Les échappées de Jean Rollin
1981 : Agathe et Martha de Pierre Unia
1973 : Baby Cat de Pierre Unia
1973 : Jeans Tonic de Michel Patient
1989 : Perdues dans New York de Jean Rollin
1997 : Les deux Orphelines vampires de Jean Rollin
2002 : La fiancée de Dracula de Jean Rollin
2007 : La nuit des horloges de Jean Rollin
Courts-métrages
1970 : On ne se dit pas tout entre époux de Jacques Doillon
2004 : Quelque Chose de mal de Namir Abdel Messeeh
2009 : L'Histoire de Marie de Johann Gasnereau
Technicienne (hors films précédemment cités)
1969 : Hallucinations sadiques de Jean-Pierre Bastid
1970 : Le frisson du vampire de Jean Rollin
1971 : Requiem pour un vampire de Jean Rollin
1972 : Les petits enfants d'Attila de Jean-Pierre Bastid
1973 : Q de Jean-François Davy
1976 : Le roi des bricoleurs de Jean-Pierre Mocky
1979 : Le Ppiège à cons de Jean-Pierre Mocky
1979 : Saloperie de rock and roll de Jean-Noël Delamarre
1985 : L'affaire des divisions Morituri de F.J. Ossang
1989 : Le trésor des îles Chiennes de F.J. Ossang
2000 : Ma sexualité de A à Z de Brigitte Lahaie
2006 : Cours Solange Sicard d'Armel de Lorme et Gauthier Fages de Bouteiller (documentaire)