Nataliya Olegovna Goncharova thi đấu cho đội bóng chuyền quốc gia nữ Ukraine đến năm 2010 khi cô trở thành một phần của đội bóng chuyền quốc gia nữ Nga.
Với đội tuyển Ukraine, cô đã chơi Giải vô địch bóng chuyền thiếu niên châu Âu năm 2005 cho nữ, Giải vô địch bóng chuyền nữ châu Âu năm 2006, Giải vô địch thế giới thiếu niên năm 2007, vòng loại Giải vô địch bóng chuyền nữ châu Âu (năm 2007) và 2009), Thế vận hội Mùa hè 2008.
Với Nga, cô là một phần của các đội đã chơi Đại học Mùa hè 2013 tại Kazan, Giải bóng chuyền thế giới FIVB (năm 2011, 2013, 2014, 2015, 2016), Giải vô địch châu Âu (năm 2011, 2013, 2015), Giải vô địch thế giới bóng chuyền nữ FIVB (năm 2010, 2014, 2018), Giải vô địch bóng chuyền nữ FIVB 2015 tại Nhật Bản, và Thế vận hội Olympic Luân Đôn 2012 và Rio 2016.
Ở cấp câu lạc bộ, cô chơi cho Đại học (ở Ivano-Frankivsk) và Regina (ở Rivne) trước khi chuyển đến Dynamo Moscow năm 2007. Goncharova đã được chọn là cầu thủ hay nhất của Super League Nga ba lần (vào năm 2015, 2016 và 2017).
Năm 2012, cô kết hôn với vận động viên bóng chuyền người Nga, Andreassey Obmochaev. Tuy nhiên, họ đã ly dị vào tháng 1 năm 2016.
