Наталия Дайер появилась на свет 13 января 1995 года в городе Нэшвилле. В раннем возрасте родители перевезли ее в Нью-Йорк, где и прошли детские годы будущей звезды экрана. Когда Наталия была маленькой, ей поставили диагноз – синдром дефицита внимания и гиперактивности. Родители записали ее в специальную школу Gallatin, где педагоги пытались отыскать индивидуальный подход к каждому из учащихся.
Наталия с детства демонстрировала творческие способности, в школьные годы начала посещать драмкружок и участвовать в постановках. В выпускном классе приняла решение поступить в университет Нью-Йорка и изучать искусство.
Кинодебют юной актрисы состоялся еще в двенадцать лет, когда она появилась в кинокартине по популярному в те годы сериалу «Ханна Монтана». В 2014 году Наталия впервые исполнила роль центрального персонажа в драме «Я верю в единорогов». Несмотря на то, что авторская картина получила высокие отзывы со стороны критиков, зрителям лента не запомнилась. А широкую узнаваемость Дайер получила в 2016 году после роли в мистическом многосерийном проекте «Очень странные дела», выпущенном стриминговым сервисом Netflix.
После того, как публика увидела «Очень странные дела», Дайер приписывали романы с ее партнерами по съемочной площадке Джо Кири, сыгравшим роль Стива, и Чарльзом Хитоном, который воплотил в сериале образ тинейджера-отщипенца Джонатана Байерса. Актеры не подтверждали слухов, но позже Наталию неоднократно замечали в компании Чарли.
