Наталия Георгиевна Андроникашвили родилась 1 (14) июня 1904 года в Варшаве. Вторая из четырёх детей гусарского полковника князя Георгия Александровича Андроникова (1875—1911) и Екатерины Семёновны Сливицкой (1877—1947).
С 1919 года будущая актриса работала на спичечной фабрике «Прометей», позднее — учительницей музыки. Портрет Нато в витрине фотографа в Тифлисе увидел администратор Госкинпрома весной 1923 года. Девушку разыскали в Гурджаани, где она тогда жила, и предложили две роли: в «Отцеубийце» А. И. Бек-Назарова и «Разбойнике Арсене» В. Г. Барского, сразу принесшие ей шумный успех. Её портреты украшали обложки журналов и рекламные плакаты. Однако закрепившееся за ней амплуа страдающей героини-красавицы не удовлетворяло Вачнадзе, стремившуюся воплощать на экране более глубокие и сложные образы. Первой такой ролью стала Гюлли из одноимённого фильма режиссёров Л. Ф. Пуша и Н. М. Шенгелая. С началом эры звукового кино Вачнадзе, не желая покидать экран, упорно работала над своей дикцией. Лирические образы, созданные актрисой, были окрашены поэтическим обаянием.
В перерывах между съёмками Вачнадзе работала ассистентом режиссёра в том числе и в документальном кино. В 1932 году работала у Э. И. Шуб («Комсомол — шеф электрификации»), где освоила профессию монтажёра. По словам Шуб, Вачнадзе «действительно была заинтересована документальной съёмкой и судьбой документального фильма».
Н. Г. Вачнадзе погибла в авиакатастрофе на пути из Москвы в Тбилиси 14 июня 1953 года.
В Гурджаани открыт мемориальный музей актрисы.
Из книги Евгении Гинзбург «Крутой маршрут: Хроника времен культа личности»: