Наталья Варлей была замужем три раза. Ее первым мужем был известный актер Николай Бурляев. Варлей говорит, что ее друзья Леонид Филатов и Владимир Качан убеждали ее не выходить замуж за Бурляева. Через два года актриса поняла, что ее отговаривали не зря, и развелась с Николаем.
Ее второй муж, Владимир Тихонов, был сыном Ноны Мортюковой и Вячеслава Тихонова. Ее муж был алкоголиком и наркоманом, поэтому Наталья не могла больше терпеть и подала на развод.
Известно, что у Натальи был тайный роман с узбекским актером Ульмасом Алиходжаевым, который может быть отцом второго ребенка Натальи. Варлей не упоминала имя отца, а ее сын встречался с ним всего один раз.
Третьим мужем Натальи был Владимир, бизнесмен. Этот брак оказался недолговечным.
Старший сын, Василий Варлей (род. 1972), учился в Академии современного искусства, снимался вместе с матерью в фильме “Переходный возраст”, работал водителем троллейбуса и лаборантом.
Ее внук Евгений Варлей (род. 1995) основал фан-клуб своей бабушки, прошел военную службу. Сейчас он живет в Вероне, где изучает итальянский язык и работает официантом.
Младший сын Натальи, Александр Владимирович Варлей (родился в 1985 году), является кинорежиссером и сценаристом, среди фильмов которого “Принимать внутрь” (2011) и “Сон грядущий” (2014). Александр является членом кавер-группы The BeatLove, которая исполняет песни Beatles.
Наталья живет одна. Она любит кошек, и у нее их много. Наталья Варлей даже написала книгу о разведении и уходе за кошками.