Natalia Sergejevna Gontjarova (16 juni 1881-17 oktober 1962) var en rysk målare, designer och författare. Som konstnär var hon avantgardistisk: hennes konststilar påverkades av fauvism, kubism och futurism. Som formgivare var hon känd för sina scen- och kostymkreationer för balett och teater.
Gontjarova innehar världsrekordet för det pris som en kvinna betalat för ett konstverk. Målningen var Gontjarovas stilleben Blommorna från 1912 och den såldes för 10,8 miljoner dollar.
Natalia Gontjarova studerade skulptur i Moskva, men arbetade som målare och designer. Hon inspirerades både av ett intresse för rysk folkkonst och av modernismen inom konsten. Tillsammans med sin livskamrat Michail Larionov utvecklade hon först en stil som kallas Rayonism. De var en del av det ryska avantgardet före revolutionen. De hjälpte till att organisera den så kallade "Donkey's Tail"-utställningen 1912 och visade sina verk på Der Blaue Reiter-utställningen i München samma år.
Gontjarova blev känd i Ryssland för sina futuristiska verk som Cyklisten och senare för sina rayonistiska verk. De anordnade föreläsningskvällar och Gontjarova skrev och illustrerade en bok i futuristisk stil.
År 1913 började hon designa balettkostymer och kulisser för bland annat Diaghilevs Ballets Russes. Hon gjorde scen- och kostymdesignen för dessa baletter: Le Coq d'Or (1914), Liturgin (1915), Ygrushka (1921), Reynard (med sin make, 1922), Les Noces (1923), Une nuit sur le mont chauve (1924), Eldfågeln (1926 års repris), Sur le Borsythène (med sin make, 1932), Cendrillon (1938), Bogatyri (1938) och 1954 års uppsättning av Eldfågeln i Sadler's Wells.
Gontjarova flyttade till Paris 1921, där hon regelbundet ställde ut sin konst. Hon blev fransk medborgare 1939. Hon gifte sig slutligen med Larionov 1955 och dog i Paris 1962.
De största samlingarna av hennes verk finns i Centre Pompidou i Paris, Ryska museet i Sankt Petersburg och det statliga Tretjakovgalleriet i Moskva.