Родилась 1 сентября 1952 года в селе Маган Якутской АССР. С 1973 по 1978 год обучалась на историко-филологическом факультете Якутского государственного университета. С 1978 года работала корреспондентом якутской газеты «Северная трасса», в последующем на партийной работе в Якутском областном комитете КПСС в должностях: инструктора сектора печати, секретаря Кобяйского районного комитета КПСС и в должности — заведующей отделом культуры газеты «Кыым». В 1979 году участница Пятого Всесоюзного совещания молодых писателей, проходившего в Москве. 1988 г. Член Союза писателей СССР. С 1988 по 1990 год — главный редактор Якутского книжного издательства. С 1998 года является председателем правления Союза писателей Якутии. В 2002 году Наталья Ивановна первая женщина в республике, удостоившаяся почётное звание Народный поэт Якутии. С 2003 года — секретарь Союза писателей России. С 2002 по 2012 год — главный редактор республиканской газеты «Саха сирэ». Академик Академии Духовности РС(Я), заслуженный работник культуры РС(Я), 4 декабря 2007 года Заслуженный работник культуры Российской Федерации с 2012 года — советник Главы Якутии по вопросам культуры. Литературные произведения Харлампьевой переводились на русский, татарский, украинский и казахский языки.

Почетный гражданин пригородного села Маган и Горного улуса.