Наталия Евгеньевна Гусева (с 1993 года - Мурашкевич) родилась 15 февраля 1972 года в Звенигороде. В 1979 году пошла в первый класс московской средней школы № 692.
Актёрская профессия Наталию никогда не привлекала, с самого детства её любимым развлечением было наблюдать за жизнью насекомых, а слово «энтомолог» не казалось ей непонятным и труднопроизносимым. Наталия участвовала во всех олимпиадах по химии и биологии, а после школы планировала поступать на биофак МГУ. О славе и публичности застенчивая девочка никогда не мечтала.
Спокойная жизнь Наталии закончилась, когда в 1983 году в их класс пришёл режиссёр с киностудии им. М. Горького. Он искал подростков для съёмок короткометражки «Опасные пустяки». Школьников просили прочитать стихи. Наташа была одной из лучших учениц в классе, к тому же обладала фотогеничной внешностью, и учительница порекомендовала её. Во время работы над кинолентой на Гусеву обратил внимание режиссёр Павел Арсенов, который как раз занимался поиском актёров для детского фантастического фильма «Гостья из будущего».
Так обычная школьница стала главной героиней фильма по роману Кира Булычёва «Сто лет тому вперёд». Эту книгу она очень любила и с ролью справилась без проблем. Позже Наталия Гусева призналась: «Я ничего не изображала, была сама собой, и никаких актёрских сложностей на площадке не испытывала. Просто жила своей жизнью». Все взрослые были от неё в восторге, а вот с ровесниками девочка общего языка не нашла – всё свободное от съёмок время Гусева проводила за учебниками, чтобы не отставать от школьной программы.
После премьеры фильма на Наталию обрушилась невероятная популярность. Одноклассники, которые раньше не обращали на девочку никакого внимания, вдруг оказались в неё влюблены, «алисоманы» присылали мешки писем и дежурили на лестничной клетке. Массовое обожание достигло таких масштабов, что родители юной актрисы всерьёз опасались того, что их дочь кто-нибудь похитит. Сама она была так напугана, что воспринимала слова родителей как угрозу: «Если не будешь учиться – станешь артисткой».
Режиссёры предлагали Наталии новые роли. В 1983—1988 гг. она снялась в пяти художественных фильмах, но ни один из них не повторил успеха «Гостьи из будущего». Гусевой предлагали главную роль в фильме «Авария – дочь мента», но она ответила категорическим отказом, так как побоялась запятнать образ, с которым её все ассоциировали с детства.
После школы Наталия поступила в Московский институт тонкой химической технологии на отделение биотехнологии и навсегда оставила кино.
Окончив институт, Наталия устроилась работать в Институт эпидемиологии и микробиологии им. Гамалеи. Ей предлагали стажировку во Франции, но от заманчивых перспектив пришлось отказаться из-за рождения дочери. Свекровь предлагала назвать девочку Алисой, но Наталия настояла на имени Алеся.
С 1994 года Наталия Евгеньевна - профессиональный биохимик, руководитель производства иммунобиологических препаратов. Она ни разу не пожалела о сделанном выборе и удивляется тому, что зрители её до сих пор помнят и любят. А свою профессию воспринимает как своего рода приключение, путешествие в другую вселенную – мир микроорганизмов.
В 2007-2009 годах, после двадцатилетнего перерыва, Наталия приняла участие в нескольких кино- и телепроектах.
В 2007 году на телеканале «НТВ» в передаче «Главный герой» вышел выпуск «Наташа Гусева: Алиса стала взрослой», рассказывающий о судьбе Наталии и остальных юных актёров фильма «Гостья из будущего», о роли фильма для поколения 1980-х и о культурном феномене «алисомании».
В 2009 году Наталия ненадолго вернулась в кино, озвучив одну из ролей в мультфильме «День рождения Алисы» и сыграв эпизодическую роль в телесериале «Литейный» (5-я серия 2-го сезона «Лицо»).