↑ Количество матчей (набранных очков) за профессиональный клуб считается только для различных лиг национальных чемпионатов, откорректировано по состоянию на 27 апреля 2022.
↑ Количество матчей (набранных очков) за национальную сборную в официальных матчах.
Наталья Малых начинала играть в волейбол в возрасте 8 лет, её первым тренером в волгоградской СДЮСШОР № 7 была Лидия Николаевна Звонникова[1][2]. Наталья выступала за молодёжную сборную России на чемпионате Европы 2010 года в Сербии и чемпионате мира 2011 года в Перу, где играла в основном составе и практически в каждом матче становилась самой результативной в команде Вадима Кирьянова[1].
В 2012 году перешла из волгоградской «Волжаночки», выступавшей в высшей лиге «Б», в команду Суперлиги — «Заречье-Одинцово» и в наступившем сезоне стала основной диагональной подмосковного коллектива, а в феврале 2013 года в связи с травмой голеностопа у Екатерины Богачёвой провела несколько матчей на непривычной для себя позиции центральной блокирующей. Главный тренер сборной России Юрий Маричев включил Наталью в расширенный состав национальной команды.
В марте 2014 года Наталья Малых в составе «Заречья-Одинцово» завоевала Кубок вызова. В ответном финальном матче против стамбульского «Бешикташа» она набрала 24 очка и по его окончании была награждена призом MVP финала Кубка вызова[3].
В начале сезона сборных 2014 года выиграла бронзовую медаль «Монтрё Волей Мастерс», став самым результативным игроком турнира, а в августе завоевала бронзу Гран-при. В 2015 году в составе российской команды стала серебряным призёром Гран-при (но не играла из-за травмы в матчах финального турнира в Омахе) и во второй раз завоевала титул чемпионки Европы.
После Гран-при-2016 Наталья Малых не привлекалась национальную сборную, а вернулась в неё в мае 2018 года на Лиге наций. В августе 2017 года была капитаном российской студенческой команды, в составе которой завоевала золото на Универсиаде в Тайбэе.
В феврале 2021 года, после перерыва в карьере, подписала контракт с клубом «Липецк»[6]. В мае 2022 года перешла в саратовский «Протон»[7].