Nathalie Lemel wurde am 26. August 1827 in der französischen Hafenstadt Brest geboren und wuchs dort als Tochter von Kaffeehausbesitzern auf. Sie besuchte bis zum Alter von zwölf Jahren die Schule und arbeitete danach als Buchbinderin. 1845 heiratete sie den Buchbinder Jerome Lemel, mit dem sie drei Kinder hatte. Auf der Suche nach Arbeit zogen sie nach Paris, wo Nathalie als Buchverkäuferin tätig war. Dort – mit der Not und Armut der ArbeiterInnen konfrontiert – wurde sie in den 1860er Jahren zur aktiven revolutionären Sozialistin.
So trat Nathalie 1865 der Pariser Sektion der Internationalen Arbeiterassoziation – des ersten internationalen Zusammenschlusses von Organisationen der Arbeiterbewegung – bei. Zur selben Zeit gab es einen Streik der Pariser Buchbindergewerkschaft. Aufgrund ihres Engagements wurde Nathalie ins Streikkomitee und auch zur Vertrauensperson gewählt – eine für eine Frau damals außergewöhnliche Funktion.
Nathalie zeichnete sich vor allem durch ihre Entschlossenheit und ihr Organisationstalent aus. Fortwährend versuchte sie, den Bewusstseinsstand der Arbeiterklasse zu heben, damit diese gegen ihre Ausbeutung und Unterdrückung aktiv wird. So las sie in Betrieben laut aus sozialistischen Zeitungen vor und ermunterte ArbeiterInnen, in Gewerkschaften aktiv zu werden. Zudem beteiligte sie sich an der Schaffung einer Konsumgenossenschaft, die preiswerte Lebensmittel verkaufte.
Als am 18. März 1871 die Herrschaft der revolutionären Pariser Kommune begann, unterstützte Nathalie diese von Anfang an äußerst begeistert. Gemeinsam mit Elisabeth Dmitrieff und anderen Aktivistinnen gründete sie dort die Union des femmes pour la défense de Paris et les soins aux blessés (Union der Frauen für die Verteidigung von Paris und die Verwundetenpflege) und wurde Mitglied des Zentralkomitees dieser Organisation. Das kurzfristige Ziel der Union war die Verteidigung von Paris gegen die Truppen des französischen Staates, jedoch setzte sie sich auch gegen die Ausbeutung der Arbeiterklasse und setzte sich für die Gleichberechtigung der Geschlechter ein. Ab dem 21. Mai 1871, als die Besetzung der Stadt durch die Regierungstruppen Frankreichs begann, kämpfte Nathalie auf den Barrikaden in der Nähe des Place Blanche in der Rue Jean-Baptiste-Pigalle und versorgte Verletzte. Überzeugt davon, dass die Pariser Kommune Keimzelle und Modell für eine neue, sozialistische Gesellschaft sei, verteidigte sie diese bis zu deren bitterem Ende am 28. Mai 1871.
Nach der Niederlage der Kommune wurde Nathalie mit anderen AktivistInnen zur Deportation und Gefangenschaft auf Neukaledonien verurteilt. 1879 wurde sie entlassen und kehrte nach Frankreich zurück. Dort arbeitete sie dann für die regierungskritische Zeitung L'Intransigeant. Als deren Blattlinie nationalistisch und antisemitisch wurde, kündigte Nathalie, ohne zu zögern. Sie verweigerte sogar eine kleine Rente, die ihr der Schriftsteller und L'Intransigeant-Herausgeber Henri Rochefort anbot. Schließlich starb Natalie Lemel – eine unbeugsame und konsequente Revolutionärin – in Armut und erblindet im Jahr 1921 im Hospiz von Ivry-sur-Seine im Departement Val-de-Marne.
von Mario Wassilikos