Natalija Polenec je univerzitetna diplomirana inženirka arhitekture. Ima dolgoletne delovne izkušnje na področju kulturne dediščine, muzealstva in vodenja javnih zavodov. Od novembra 2020 je bila direktorica Slovenskega etnografskega muzeja, pred tem pa med letoma 2014 in 2020 tudi direktorica Tehniškega muzeja Slovenije. Od leta 2006 do leta 2014 je vodila Zavod za turizem Kranj.
Je članica predsedstva Skupnosti muzejev Slovenije, od leta 2016 pa tudi članica predsedstva in zakladnik CIMUSET ICOM komiteja (ICOMov mednarodni komite za muzeje in zbirke na področju znanosti in tehnologije - International Committee for Museums and Collections of Science and Technology) ter članica Odbora za podeljevanje nagrade Zlata čebela (junij 2021 – junij 2025).