Мать — Мария Николаевна Полякова — певица, ученица Е.А. Лавровской.
После окончания в 1931 году Киевской консерватории (класс А.Н. Шперлинг) поступила в труппу Куйбышевского театра оперы и балета (солистка).
В 1935—1958 гг. — в Государственном Академическом Большом Театре (Москва). Также выступала как концертная певица.
В марте 1943 года Сталинская премия первой степени в размере 100 000 рублей за оперный спектакль «Вильгельм Телль» Дж. Россини была передана Н.Д. Шпиллер вместе с коллективом ГАБТ в Фонд обороны.
Некоторые партии:

«Псковитянка» Н.А. Римского-Корсакова — Ольга (с 1936);

«Абесалом и Этери» З.П. Палиашвили — Этери (с 1939);

«Вильгельм Телль» Дж. Россини — Матильда (с 1942);

«Евгений Онегин» П.И. Чайковского — Татьяна (с 1936);

«Фауст» Ш. Гуно — Маргарита (с 1937);

«Кармен» Ж. Бизе — Микаэла (с 1935);

«Иван Сусанин» М.И. Глинки — Антонида (с 1940);

«Демон» — Тамара А.Г. Рубинштейна (с 1942);

«Садко» Н.А. Римского-Корсакова — Волхова (с 1949);

«Валькирия» Р. Вагнера — Зиглинда (с 1940);

«Иоланта» П.И. Чайковского — Иоланта (с 1943).

Наталья Шпиллер — Как дух Лауры (Ф. Лист — В. Гюго)


Наталья Шпиллер — Песня Наташи,
оперa «Опричник» П. И.  Чайковский


В 1950 году Наталья Шпиллер начала преподавать в Музыкально-педагогическом институте имени Гнесиных (с 1963 года — профессор).
В 1964—1975 годах заведовала кафедрой оперной подготовки, в 1975—1979 годах — кафедрой сольного пения.
В 1950 году вступила в Союз театральных деятелей РСФСР.
С 1969 года — председатель совета вокально-творческого кабинета А.В. Неждановой и Научно-методического совета по вокальному образованию при Министерстве Культуры России.
Н.Д. Шпиллер — автор рецензий и научно-методических статей.
Награждена орденом Ленина (1971) и орденом Дружбы народов (1976).
Умерла в 1995 году в Москве, похоронена на Новодевичьем кладбище.
Википедия
Обыкновенная богиня
Наталья Шпиллер — певица и педагог