Наталия Васильевна Сербина родилась во Львове.
Окончила Житомирское музыкальное училище им. В. С. Косенко, поступила в Национальную музыкальную академию Украины им. П. И. Чайковского. После окончания в 2000 году академии поступила в аспирантуру на кафедру теории музыки.
В 2013 году защитила диссертацию на тему "Украинская традиционная лирика: пути формирования и этапы эволюции".
Выступала в составе ансамблей аутентичной украинской музыки "Древо" и "Божичи", в дальнейшем начала сольную исполнительскую карьеру.
С 2008 года возглавляет ансамбль "Стрела".
С 2001 по 2003 год играла в спектакле "В поисках утраченного времени… Жизнь". (совместный проект ЦСИ ДАХ и фольклорного ансамбля "Божичи").
Этнографические исследования Наталии Сербиной показали, что и в XIX, и в XX веке колёсная лира в украинской традиции не была чисто мужским инструментом. В 2011 году вышел сольный диск Сербиной "Ой вийду я на гору високу. Ліричні пісні та псальми Центральної України" по материалам экспедиций на Центральную Украину. Этот диск стал первым сольным альбомом исполнителя аутентичного фольклора и первой записью псальм в женском исполнении.
В 2018 гоуд выходит второй аудиоальбом "Предиво".
С 2000 года преподает фольлорное пение в студии при хоре им. Г. Верёвки (Киев).
С 2009 года ведёт мастерклассы по украинскому аутентичному пению в Москве, с 2013-го — мастерклассы по украинскому аутентичному пению в Харькове.
Деятельность музыканта многовекторна: преподавание вокала и фортепиано, вокальные тренинги, концертные выступления, руководство ансамблями, студийная запись, участие в научных конференциях, музыкальных и театральных фестивалях, создание звуковых дорожек к кино, чтение лекций о фольклоре.