Natalia Petrovna Osipova (in russo: Наталья Петровна Осипова; Mosca, 18 maggio 1986) è una ballerina russa, attualmente prima ballerina presso il Royal Ballet di Londra e il Teatro Michajlovskij di San Pietroburgo.
Natal'ja Osipova è nata a Mosca il 18 maggio 1986 e ha iniziato la sua formazione di ballerina all'età di otto anni presso la scuola di ballo di Mikhail Lavrovsky, completando gli studi nel 2004 presso la scuola del Balletto Bol'šoj, sotto la tutela sia di Marina Kotova che di Marina Leonova.
A 18 anni viene promossa membro del corpo di ballo del Balletto Bol'šoj. Nel 2005 ha danzato il ruolo di Kitri in Don Chisciotte nella produzione di Alexei Fadeyechev. Riscosse un grande successo di critica, venendo promossa ballerina solista nel 2006. Nel 2007 fu poi nominata una delle "25 ragazze talentuose da tenere d'occhio" dalla rivista, Dance Magazine, mentre nel 2009 gli viene consegnato il Prix Benois de la Danse e promossa a solista principale. Nel 2010 è diventata la ballerina principale al Bol'šoj, ma, nel 2011 rassegna le dimissioni dalla compagnia giustificandosi attraverso il concetto di "libertà artistica".