Nata a Kamyšlov, nell'Oblast' di Sverdlovsk da genitori russi e ceceni, Natal'ja Ėstemirova si è laureata in storia all'Università di Grozny. Ha lavorato come insegnante di storia in una scuola superiore locale fino al 1998. Nel 1991 ha collaborato in qualità di corrispondente per le testate locali "The Voice" e "The Worker of Grozny". Nel corso della sua collaborazione con un canale televisivo di Grozny, ha realizzato tredici brevi documentari sulle vittime delle pratiche punitive russe. Vedova di un poliziotto ceceno, ha raccolto testimonianze sulle violazioni dei diritti umani sin dall'inizio della Seconda guerra cecena nel 1999, affidando nel frattempo la propria figlia ad alcuni parenti a Ekaterinburg. Dal 2000 è diventata rappresentante locale a Grozny dell'associazione per la difesa dei diritti umani Memorial. Nel corso di molte visite in ospedali in Cecenia ed Inguscezia ha raccolto centinaia di fotografie che testimoniano la situazione dei bambini vittime del conflitto.