Née dans une famille de musiciens, Natalia Carliez commence le violon avec son père à l’école de musique de Fergana, en Ouzbékistan. Lauréate de plusieurs concours de jeunes talents, elle entre à 15 ans au Collège des Arts de Fergana.

En 1984, Natalia remporte le Premier Prix du Concours républicain de Violonistes d’Ouzbékistan.

A 19 ans, elle entre au Conservatoire Tchaïkovski de Moscou dans la classe de Serguei Kravtchenko, assistant de Leonid Kogan. Elle y obtiendra, pour son examen de sortie, la mention Excellence à l’unanimité du jury. Elle commence alors sa carrière au sein de différentes formations et ensembles de musique de chambre.

En 1996, Natalia Carliez rejoint l’Orchestre de Picardie.