Беларуская паэтка, перакладніца, дзяячка беларускай эміграцыі Натальля Арсеньнева нарадзілася 20 верасня 1903 года ў Баку. Паходзіла з сям’і начальніка Бакінскай мытнай акругі і настаўніцы. У 1905 г. бацьку Натальлі перавялі спачатку на Валынь, а пасьля ў Вільню. Радавод бацькі ўзыходзіць да роду маці паэта Міхаіла Лермантава. У дзяцінстве захаплялася маляваннем. У 10 гадоў з адзнакаю здала экзамэны і паступіла адразу ў 2-і клас Віленскай Марыінскай гімназіі. Там правучылася толькі два гады з-за пачатку вайны. У 1914 г. сям’я Арсеньневых эвакуявалася ў Яраслаўль. Натальля працягвала вучобу ў Кацярынінскай жаночай гімназіі, дзе дадаткова наведвала літаратурны гурток.

 З пачаткам антыбальшавіцкага паўстання ўлетку 1918 г. сям’я выправілася ў Вільню, да якой дабіраліся этапамі больш за год праз Вялікія Лукі і Дрысу. За час бежанства ўся віленская маёмасць Арсеньневых была раскрадзеная, у іхнай кватэры жылі чужыя людзі. У Вільні 16-гадовая Натальля давала ўрокі французскай і нямецкай моваў, каб дапамагчы сям’і. Яна паступіла ў Віленскую беларускую гімназію, дзе настаўнічалі беларускія нацыянальныя дзеячы. Брала ўдзел у пастаноўцы «Паўлінкі» Купалы. У чэрвені 1921 г. атрымала атэстат аб сярэдняй адукацыі, у верасні пачала настаўнічаць. Адначасна паступіла на гуманістычны факультэт Віленскага ўніверсітэту і друкавалася ў розных заходнебеларускіх часопісах і газетах. На яе паэтычныя здольнасці звярнуў увагу Максім Гарэцкі.

28 верасьня 1922 г. Арсеньнева выйшла замуж за Францішка Кушаля, дзеяча вайсковай камісіі БНР. Ад яго яна мела двух сыноў: Яраслава і Уладзімера. Першыя паўтара года пасля шлюбу пражылі ў Слоніме, дзе Арсеньнева моцна пасябравала з Гальяшом Леўчыкам. Часта гасцявала ў дзеда мужа – Вінцука Кушаля ў вёсцы Доры (Валожынскі раён). У 1924 г. мужа перавялі на Памор’е, дзе яны пражылі 13 гадоў у Хэлмне і год у Равічы, на самой мяжы з Германіяй. У 1927 г. Арсеньнева прыехала ў Вільню і падрыхтавала да друку свой першы зборнік «Пад сінім небам». Адначасна яна займалася перакладам «Дзядоў» Міцкевіча. З пачаткам вайны Кушаль апынуўся ў савецкім палоне. 31 снежня 1939 г. зноў пакінула Вільню і асела ў Вялейцы, дзе жыў сваяк. 13 красавіка 1940 г. Арсеньнева разам з сынамі была арыштаваная НКВД і без абвінавачвання высланая ў ГУЛАГ у Казахстане. У лютым 1941 г. атрымала выклік у Маскву. На Лубянцы яе безвынікова намаўлялі падпісаць развод з мужам. Пасля вяртання ў Казахстан, паэтцы дазволілі вярнуцца на ранейшае месца. У 1941 г. трапіла ў Беласток, дзе адшукала Максіма Танка і той уладкаваў яе на кватэру і на працу ў рэдакцыю газеты. У вайну Кушаль і Арсеньнева жылі ў Мінску. Там у 1943 г. загінуў сын Яраслаў пасля выбуху ў тэатры. З пачаткам наступу савецкага войска Арсеньнева разам з іншымі выехала праз Беласток ў Каралявец, а потым у Берлін. Там паэтка ўладкавалася на працу ў газету «Раніца», дзе напісала большую частку вершаў, якія ўвайшлі ў зборнік «Не астыць нам». Увосень 1945 г. сям’я перабралася ў Рэгенсбург, дзе вяла культурную працу пры Беларускім камітэце, жыла і ў іншых гарадах. У ЗША пераехалі у 1950 г. (спачатку ў Нью-Ёрк, пазней у Рочэстэр). Працавала ў эмігранцкай газеце «Беларус», на Радыё Свабода, у Беларускім інстытуце навукі і мастацтва ў Нью-Ёрку. У 1970-80-я гг. адышла ад актыўнага ўдзелу ў палітычным жыцці беларускай эміграцыі.

25 ліпеня 1997 г. Натальля Арсеньнева памерла ў Рочэстэры, дзе жыла з сям’ёй сына Уладзімера.