Режиссер, театральный деятель, народная артистка СССР  Наталия Ильинична Сац  родилась  в Иркутске в семье композитора Ильи Саца и камерной певицы Анны Щастной. В 1904 году вместе с родителями переехала в Москву. Окончила шесть классов частной гимназии.

Играла в Драматической студии имени А.С. Грибоедова. В 1917 году завершила обучение в Музыкальном техникуме имени А.Н. Скрябина.

В 1953 году окончила театроведческий факультет ГИТИС (ныне - Российский университет театрального искусства — ГИТИС).

В 1918 году стала заведующей детским сектором в Театрально-музыкальной секции Московского Совета рабочих депутатов. В том же году по инициативе Наталии Сац был создан первый театр с репертуаром для детей — Детский театр Моссовета.

В 1920 году стала руководителем Государственного театра для детей. В 1921 году Сац покинула театр из-за разногласий с художественным руководителем Генриеттой Паскар.

В 1921 году основала Московский театр для детей (с 1936 года - Центральный детский театр, с 1992 года — Российский академический молодежный театр, РАМТ). До 1937 года являлась его директором и художественным руководителем. Среди наиболее известных постановок этого периода - "Негритенок и обезьяна" (1927), "Сережа Стрельцов" (1935), "Золотой ключик, или Приключения Буратино" (1936).

В 1931 году Наталия Сац поставила оперные спектакли "Фальстаф" в берлинской "Кролль-опере" и  "Свадьба Фигаро" в аргентинском оперном театре "Колон" (Буэнос-Айрес).

В 1933 году молодому режиссеру было присвоено звание заслуженной артистки РСФСР.

В августе 1937 года Наталия Сац была арестована как "член семьи изменника Родины" (ее муж, Израиль Яковлевич Вейцер, крупный советский деятель, нарком внутренней торговли СССР и торгпред в Германии, был арестован и расстрелян, затем реабилитирован в 1956 году).

Сац была отправлена в ссылку в Рыбинский лагерь в Ярославской области, где стала руководителем лагерной самодеятельности. В августе 1942 года была освобождена, но оставлена на поселении близ города Рыбинска.

В 1943 году стала режиссером Алма-Атинского театра оперы и балета (Казахстан).

В 1944 году Сац создала в Алма-Ате первый Театр для детей и юношества Казахстана (ныне - Государственный академический русский театр для детей и юношества имени Н. Сац). С 1944 года по 1950 год здесь были поставлены спектакли "Красная шапочка" по произведению Евгения Шварца (1945), "Двенадцатая ночь" (1947), "Два капитана" и "Молодая гвардия" (1948), "Два веронца" Уильяма Шекспира (1949).

В конце 1950-х годов Наталия Сац была полностью реабилитирована.

В 1958 году она вернулась в Москву, возглавила Всероссийский гастрольный театр, затем - детский отдел Московского государственного театра эстрады (Мосэстрады).

В 1965 году создала первый Музыкальный театр для детей (ныне - Московский Государственный Академический детский музыкальный театр имени Н. Сац). До 1993 года являлась его художественным руководителем. Среди постановок Сац: "Три толстяка" (1967), "Мальчик-великан" (1970), "Мастер Рокле" (1981), "Волк и семеро козлят" (1986), "Волшебная флейта" (1989), "Король Лир" (1991), "Золотой остров" (1993).

В 1977 году поставила в Саратовском оперном театре симфоническую сказку С. С. Прокофьева "Петя и волк".

В 1962 году была принята в члены Союза писателей СССР. Автор книг "Дети приходят в театр" (1961), "Новеллы моей жизни" (1984-1985), "Жизнь — явление полосатое" (1991).

Сац внесла большой вклад в развитие детского театра и художественного воспитания детей. Она — автор пьес, либретто детских опер и балетов, книг и статей по вопросам музыкального воспитания.

С 1981 года преподавала в ГИТИСе, с 1984 года являлась профессором этого вуза.

В 1993 году основала благотворительный общественный фонд содействия развитию искусства для детей имени Н. Сац (Фонд Наталии Сац).

В 1975 году Наталии Сац было присвоено звание народной артистки СССР.

Деятельность Сац была отмечена целым рядом высоких наград: Государственная премия СССР (1972), Ленинская премия (1982), Герой Социалистического Труда (1983).