Наталья Вернандер родилась 5 октября 1901 года в городе Штеттин, Пруссия.
В 1918 году окончила гимназию в Москве, позже Московскую сельскохозяйственную академию.
В 1924 году получила направление во Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации в Харькове.
В 1926 году поступила в аспирантуру на кафедру почвоведения Харьковского сельскохозяйственного института, работала ассистентом, преподавателем кафедры почвоведения и одновременно старшим научным сотрудником Украинского научно-исследовательского института агрогрунтоведения (в 1932 году институт переведён в Киев и объединён с Центральной агрохимической лабораторией в УкрНИИ соцземледелия).
В 1933—1940 годах возглавляла экспедиционные работы по обследованию почв Черниговской, Винницкой, Житомирской и Одесской областей. Занималась исследованиями процессов реградации подзолистых почв Полесья и лесостепи.
В 1937 году по материалам исследований была защищена кандидатская диссертация.Во время войны в эвакуации в 1941—1944 годах работала заведующим Государственного участка сортоводства в Башкирии.
В 1944 году продолжила работу в Институте земледелия: сначала старшим научным сотрудником, позже — заведующим сектором территориальных исследований.
В 1944—1949 годах доцент кафедры почвоведения Киевского сельскохозяйственного института.
В 1946—1948 годах изучала почвы Закарпатской и бывшей Измаильской областей. Материалы исследований почв, собранные в 1932—1948 годах и обобщённые, были положены в основу первой почвенной карты (масштаб 1: 750000).
С 1950 года работала в Киевском университете доцентом кафедры почвоведения биолого-почвоведенного факультета.
С 1958 года — доцент, с 1961 года — профессор кафедры физической географии географического факультета.
В 1956 году защитила докторскую диссертацию «Почвы Правобережной Украины» .
В 1962 году присуждено учёное звание профессор.Преподавала курс «География почв» . Выполненные фундаментальные исследования генезиса серых лесных почв западной части Украины, сохраняют свою актуальность и по сей день. Разрабатывала инструкции и методические указания для осуществления крупномасштабного почвенного обследования колхозов и совхозов, осуществляла руководство исследованиями почв. Кроме ежегодных летних выездов в экспедиции, совершила много путешествий по различным регионам бывшего СССР, побывала во многих странах Европы и Азии. Участник Первого Географического общества УССР (1964), VIII Международного съезда почвоведов в Румынии в 1964 году.Удостоена Премии имени В. В. Докучаева I степени за коллективную монографию «Почвы УССР» .