Наталья Ивановна МИХАЙЛОВА родилась 6 августа 1947 года в Москве. В 1971 году окончила филологический факультет Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. С 1969 года работает в Государственном музее А. С. Пушкина, с 1979 года — заместитель директора по научной работе. Автор экспозиции «А. С. Пушкин и его эпоха», выставок, экспонировавшихся в Москве, Самаре, Барселоне, Париже, Дюссельдорфе...
Научные интересы Н. И. Михайловой связаны с жизнью и творчеством А. С. Пушкина, В. Л. Пушкина, культурой и бытом пушкинской эпохи. Ею опубликовано около четырехсот статей в научных и научно-популярных изданиях.
Автор книг «Парнасский мой отец» (М., 1983), «Собрание пестрых глав» (М., 1994; второе издание, дополненное: М., 2009), «„Витийства грозный дар…“: А. С. Пушкин и ораторская культура его времени» (М., 1999), «Бумажный амур» (М., 2005), «Поэма Василия Львовича Пушкина „Опасный сосед“: Очерки о дяде и племяннике, Буянове и Онегине, „Арзамасе“ и „Беседе“ et cetera» (М., 2005), руководитель издательского проекта «Онегинская энциклопедия» (T. I. М., 1999; Т. II. М., 2004).
Доктор филологических наук, академик Российской академии образования, заслуженный работник культуры Российской Федерации, лауреат Государственной премии Российской Федерации.