Натали Бэрни родилась 31 октября 1876 года в Дейтоне, штат Огайо. Ее отец был владельцем компании по производству железнодорожных вагонов, мать унаследовала компанию, производящую виски. Мать Натали превосходно рисовала. Бэрни провела детство в Цинциннати, в Вашингтоне. Летом Натали уезжала в Бар-Харбор, штат Мэн, а также совершала многочисленные турне по Европе. Во время одной из таких поездок — то ли в 1886, то ли в 1887 году — в Бельгии она стала свидетельницей сцены, которая поразила ее: какая-то женщина тянула тяжелую повозку с флягами молока, а ее муж шел рядом и покуривал трубку. И с этого момента Натали осознала себя феминисткой. Когда ее отец вернулся в Соединенные Штаты, мать Бэрни предпочла остаться в Париже и изучать историю искусств с Джеймсом Макнейлом Уистлером. Бэрни с сестрой продолжали обучение в привилегированном пансионе Ле Рюш.
В 1899 году, будучи помолвленной с неким Фредди Маннерс-Суттоном, Бэрни пережила свой первый лесбийский роман с известной куртизанкой Лиан де Пуж. С присущим ей равнодушием Бэрни поделилась планами со своим женихом: выйти за него замуж, чтобы получить 3,5 миллиона долларов от своих попечителей и потратить деньги на содержание Лиан. Как это ни странно, жених, похоже, согласился, хотя все это было неожиданно — роман, женитьба и все остальное. Любовь к Пуж вдохновила Бэрни на первую книгу стихов «Ряд женских портретов и сонетов». Лесбийская эротика, столь очевидно проявившаяся в стихах, шокировала читателей, включая отца Бэрни, который скупил все книги, которые смог найти, и уничтожил типографские оттиски. Мать Бэрни, с другой стороны, снабдила работу дочери иллюстрациями — портретами любимых женщин Бэрни. Она порицала не столько лесбийские наклонности дочери, сколько ее неблагоразумие. Несмотря на ряд бурных сцен, мать Бэрни оставалась ее надежным союзником.
После разрыва с Пуж (и трехнедельной помолвки — с кем бы вы думали, — лордом Альфредом Дугласом, бывшим возлюбленным Оскара Уайльда) Бэрни вступила в связь со склонной к самоуничижению поэтессой и писательницей Рене Вивьен (1877–1909) — англичанкой по происхождению, которая публиковала свои работы на французском языке. Вивьен запечатлела свою первую встречу с Бэрни в вышедшем в 1904 году романе «Мне женщина явилась», который был навеян этой любовью: «Я помню то далекое время, когда впервые увидела ее, и, когда мои глаза встретились с ее неумолимыми глазами цвета стали, такими же пронзительными и голубоватыми, как лезвие клинка, по спине пробежала холодная дрожь… Очарование опасности исходило от нее и сводило меня с ума». Со своей стороны, Бэрни писала о Вивьен: «У нее было худощавое тело и очаровательная головка с прямыми, почти бесцветными волосами, карими глазами, в которых часто загорался огонек радости, но когда ее прекрасные, темные веки закрывались, они были красноречивее глаз — они говорили о душе и поэтической меланхолии, которые я искала в ней». Вряд ли стоит говорить о том, что последующая связь была захватывающей, пылкой, страстной и… обреченной. Бэрни исповедовала лесбийский идеал многочисленных связей без ревности, тогда как Вивьен жаждала моногамии. Разочарованная романами Бэрни, Вивьен постепенно позволила Хелен, баронессе де Зуйлен де Ньевелт, увлечь себя. Тем не менее время взаимоотношений Бэрни и Вивьен было весьма плодотворным для обеих писательниц.
В 1902 году Бэрни и Вивьен сели в Восточный экспресс и отправились в Константинополь, чтобы посетить остров Лесбос и почтить память Сафо. Там им пришла в голову мысль учредить школу поэзии, в основе которой лежало бы лесбийское мировоззрение. Хотя проект так и остался неосуществленным, позже эти идеи послужили основанием Женской академии Бэрни.
В 1909 году Бэрни переехала на другую парижскую квартиру и стала жить на улице Якоб, 20, где организовала свой знаменитый литературный салон. Открытый по пятницам, этот «Парижский Лесбос» посещался самыми выдающимися литературными деятелями Парижа того времени, как мужчинами, так и женщинами, хотя акцент, подчас к недовольству гостей-мужчин, был откровенно лесбийским. Жанетт Фланнер описывала происходящее таким образом: «Представления, разговоры, чай, превосходные бутерброды с огурцами, божественные пирожные от Берт, и в результате: новые свидания у дам, которые привлекли внимание друг друга или которые пожелали увидеться снова». Среди присутствовавших лесбиянок были Рэдклифф Холл (которая изобразила Бэрни в «Колодце одиночества» в образе Валери Сеймур), Гертруда Штайн, Маргарет Йорсенар, Сильвия Бич, Эдна Ст. Винсент Миллей, Вита Сэквилл-Уэст, Виолет Трефусис, Эдит Ситвел и Ванда Ландовска. Салон избрал Бэрни «императрицей лесбиянок» Парижа. (Дружеское соревнование в этот период развернулось между салонами Бэрни и Гертруды Штайн, хотя Штайн, как правило, посещали деятели изобразительного искусства, а не писатели.)
Во время первой мировой войны Бэрни принимала активное участие в антивоенных митингах. По словам биографа Карла Джей, она была «среди первых, кто связал войну и насилие, войну и мужской шовинизм». «Война, — писала Бэрни, — это дитя, рожденное мужчиной — они отцы смерти, тогда как женщины матери жизни, мужественные и не имеющие права выбора». В 1915 году Бэрни встретила и полюбила художницу Роумэйн Брукс. Они вместе работали над романом «Один в поле воин, или После жизни Н.Э». (The One Who is Legion, or A.D.'s After-Life), которая была опубликована в Лондоне в частном порядке в 1930 году. Это была единственная серьезная работа Бэрни, написанная на английском. Остальные работы, сопоставимые по значению с основным произведением «Мысли амазонки», где излагалось лесбийское самосознание, были написаны на французском.
В 1927 году Бэрни основала Женскую академию в качестве альтернативного женского учебного заведения среди поголовно мужских французских академий. Это была одна из первых попыток организовать женщин-писательниц. Академия проводила салоны исключительно для женщин-писательниц, среди которых были Гертруда Штайн, Колетт и Джуна Барнз. Академия также предоставляла субсидии для публикации.
В 30-х годах Бэрни и Брукс стали смыкаться с фашистами. Годы второй мировой войны они провели в Италии по приглашению Муссолини. С легкостью позабыв о том, что она сама на одну восьмую еврейка, Бэрни обвиняла Черчилля и евреев за развязанную войну и даже дошла до того, что написала: «Евреи сначала превратили мир в сплошную торговлю, а затем стали править им». Находясь во Флоренции, Бэрни благословила своего соотечественника-экспатриота Эзра Паунда вести свои одиозные профашистские радиопередачи и горячо одобряла его деятельность. После войны Бэрни и Брукс вернулись в Париж, без труда сумев избежать наказания, которое постигло незадачливого Паунда.
После 1940 года Бэрни публиковала главным образом мемуары, в том числе «Черты и портреты», «Путешествие разума» и «Опрометчивые воспоминания». Ее взаимоотношения с Брукс длились пятьдесят лет, хотя они и прерывались из-за любовных связей Бэрни, среди которых был роман с Долли Уайльд, племянницей Оскара. В 1968 году, когда обеим было по восемьдесят, Брукс резко разрывает отношения из-за последнего романа Бэрни, и до конца своих дней женщины больше не обмолвились ни словечком.
Натали Бэрни умерла 2 февраля 1972 года в Париже.
Эпитафия, написанная ею самой, гласит: «Она была другом мужчин и любительницей женщин, что для людей, переполненных страстью и желаниями, лучше, чем наоборот».
Для нас более значимы не столько произведения Бэрни, сколько ее личность. Провозгласив себя амазонкой, Бэрни стала видной лесбиянкой, и ее успехи могут служить примером для бесконечного множества ей подобных. За пятьдесят лет работы салона и Женской академии Бэрни способствовала тому, что все большее число женщин осознает силу своей общности и свою индивидуальность, проявляющуюся как в искусстве, так и в интеллектуальной сфере.