Наталия Сергеевна Гончарова (на руски: Наталья Сергеевна Гончарова) е руска авангардна художничка, дизайнер, писател и илюстратор.
Наталия Гончарова произхожда от аристократичния дворянски род Гончарови, потомци на Калужския търговец Атанасий Абрамович — основател на Завода за платна. Ражда се в семейството на московския архитект Сергей Михайлович Гончаров (1862-1935) и съпругата му Екатерина Илинична (по баща Беляева). Дядо й е волоколамският началник и колежски секретар Михаил Сергеевич Гончаров (1837-1867) - племенник на Наталия Николаевна Гончарова-Пушкина-Ланская. Бабата на Наталия Сергеевна Гончарова, Олга Львовна Чебишева (1836-1908) е сестра на известния математик Чебишев(Чебышев, Пафнутий Львович).
Гончарова, заедно със съпруга си Михаил Ларионов, развива районизма (лъчизма) - абстрактен кубизъм - направление в руското авангардно изкуство, основано върху смесването на спектри и абстрактни цветоусещания. През 1912 година заедно с групата „Синият ездач” поставят в Мюнхен изложбата на руската художническа група „Опашката на магарето” («Ослиный хвост»). Тя е замислена като умишлено скъсване с влиянието на европейското изкуство и създаване на независима руска школа на модерното изкуство.
Въпреки това, влиянието на руския футуризъм силно се забелязва в по-късните рисунки на Гончарова. Първоначално тя се занимавала с иконопис и етнически руски фолклорен примитивизъм, Гончарова става известна в Русия с футуристичната си творба ‘’Колоездачът”. Като лидери на московския футуризъм Гончарова и съпругът й организират заинтригуващи вечерни лекции в същия дух както италианските им колеги. Гончарова се занимава и с графичен дизайн – с написване и илюстриране на книга във футуристичен стил.
Гончарова е член на авангардистката група „Синият ездач” от основаването й през 1911 г. През 1915 г. тя започва да проектира балетни костюми и комплекти в Женева. През 1915 г. тя започва работа по редица проекти- шестокрил серафим, ангел, Свети Андрей, Свети Марк, Рождество и други — за балет на име „Литургия”, поръчан от Сергей Дягилев, който не се реализира. Гончарова се премества в Париж през 1921 г., където проектира костюми за пътуващата трупа „Руски балет” (Ballets Russes) на руския импресарио Дягилев. Тя също участва в изложби в ‘’Салон Д'Отом’’ през 1921 г. и участва редовно в ‘’Салон Дьо Тюйлери’’ и ‘’Салон Дез Индепендон.’’
Между 1922 и 1926г. Гончарова създава дизайни за бутика Мезон Мирбор’’на Мари Кутоли, намиращ се на Рю Венсан (Rue Vincent) в Париж. Нейните богато бродирани и апликирани дизайни за рокли са силно повлияни от руското народно изкуство, византийската мозайка и работата й за трупата „Руски балет”. Приема френско гражданство през 1939 година. Умира в Париж през 1962 г.