В семье офицера военно-морского флота Владимира Варлей родилась Наталья Варлей. Ее фамилия происходит от предков по отцовской линии.
Два брата из Уэльса, которые приобрели конный завод в царской России и женились на русских девушках, уже не вернулись на родину. Со стороны матери, родословная уходила во Францию. Ариадна Сенявина была правнучкой знаменитого горного инженера Барбота де Марни. Детство будущей актрисы прошло в Мурманске, где служил ее отец. В конце 50-х годов семья переехала в Москву.
Наташа была разносторонним ребенком, который уже в четыре года начал писать стихи, учился в музыкальной школе, много читал и отлично рисовал. Однако, из-за раннего обнаружения ревмокардита и рекомендации избегать физических нагрузок, она не могла проявить себя в спорте.
Однажды, посетив цирк, Наташа забыла все советы врачей. Ее очаровали яркие костюмы, громкая музыка и невероятные трюки, которые артисты выполняли на арене. В кассе цирка она увидела объявление о наборе в детскую цирковую студию и записалась на просмотр.
С распростертыми объятиями приняли гибкую и подвижную девочку. Она попробовала себя во всех жанрах, но настоящую любовь к эквилибристике обнаружила. Ещё в 15 лет Наталья Варлей снялась в главной роли в короткометражке «Новогодний праздник отца и маленькой дочери», но о кино тогда не задумывалась.
Варлей без раздумий поступила в Государственное училище циркового и эстрадного искусства после школы, выбрав специальность «артистка-эквилибристка». Её дипломный номер привёл зрителей в восторг — девушка балансировала на стуле под куполом цирка, исполняя произведение Чайковского.
Многие известные цирковые артисты были напарниками Натальи Варлей, талантливой выпускницы, которую приняли в труппу Цирка на Цветном бульваре. С гастролями они объездили всю страну. Знаменитый клоун Леонид Енгибаров играл важную роль в ее карьере, именно благодаря ему она попала в большое кино. Енгибаров, который был другом Георгия Юнгвальд-Хилькевича, однажды пригласил его на свое выступление, где режиссер заметил Наталью Варлей и утвердил ее на роль медсестры в комедии «Формула радуги». Однако фильм был показан зрителям лишь много лет спустя и был воспринят как пародия на Никиту Хрущева, поэтому его отправили на полку. С этого и началась яркая жизнь известной актрисы.
