Nathalie Léonard est née le 2 janvier 1964 à Granville. Après un baccalauréat scientifique, elle s’inscrit à l’École régionale des beaux-arts de Rennes. Elle obtient cinq ans plus tard le Diplôme national supérieur d’expression plastique. Guidée par Gérard Baldet, elle se dirige vers la peinture et son travail de fin de cursus est marqué par l’étude du corps humain et la représentation d’une sensualité brute.
En 1990, elle s’installe dans un atelier à Rennes, boulevard de Beaumont, puis rue de l’Alma, près de la prison des femmes. En 1992, elle participe à une exposition à la Galerie du Théatre National de Bretagne à Rennes avant de présenter ses oeuvres dans différentes galeries à Morlaix, Brest, Nantes et Moscou.
A partir de 1998, elle débute sa série Eléments, caractérisée par différentes prises de vue d’amoncèlements de matière rouge et blanche. Le matérialisme des éléments empilés y cotoie l’abstraction de leur représentation microscopique au sein d’une même série. Ses oeuvres sont alors présentées dans de plusieurs galeries en France.
En 2000, elle déménage son atelier à St Aubin d’Aubigné où elle exerce parallèlement le métier d’enseignante et d’art thérapeute. Elle y débute la série des Sphères traversée par une recherche sur la persistance rétinienne.
En 2003, elle entame la série des Pictsatellites, représentation picturale en vue de dessus d’une zone choisie de la palette de peinture. Ces cartographies imaginées et poétiques seront exposées à Nantes en 2013.
A partir de 2008, Nathalie Léonard rompt avec les motifs circulaires et débute une nouvelle série, Flux, développée en moyens et grands formats.