Мученица Наталия Васильева пострадала в Карагандинском лагере вместе с десятью другими верующими женщинами. Церковь вспоминает их в один день и одним списком; её имя стоит в нём последним. Вместе с ней пострадали Наталия Сундукова и Наталия Силуянова, Евдокия Назина, Матрона Наволокина и ещё шесть женщин.

Отдельного жития у неё нет — сохранилось только то, что известно обо всей группе. Две женщины из одиннадцати были дочерьми священников, остальные, включая Наталию Васильеву, происходили из крестьянских семей.

В лагере они отказались работать. На них завели общее групповое дело: в обвинении говорилось, что заключённые с момента прибытия систематически не выходили на работу и вели агитацию среди других. Виновными себя не признал никто. На допросе все одиннадцать назвали себя верующими христианками и подтвердили, что на работу не выходили по своим убеждениям.

11 января 1942 года всех расстреляли. Место погребения неизвестно.

Этот день стал днём их памяти; вспоминают святых и в переходящие соборные праздники новомучеников, у которых нет постоянной даты в календаре. Икону мученицы Наталии Васильевой чаще всего берут как именную — для тех, кто носит имя Наталья.