Ela foi contratada como funcionária parlamentar em setembro de 2007, quando tinha apenas 18 anos e ainda não tinha entrado na faculdade, onde ingressou apenas em 2008. Ela era comissionada no gabinete da vice-liderança do PP, partido de Flávio Bolsonaro à época.
Em 2011, período em que foi contratada pela empresa onde ficou até julho de 2012, Nathalia acumulava ainda o emprego fixo e função na Alerj com as aulas do seu último ano de faculdade de Educação Física na Universidade Castelo Branco, em Realengo, a 30km da casa legislativa.
Nesse período, ainda ocupava um cargo no departamento de taquigrafia e debates da Alerj, cujo salário bruto era R$ 2.950,66. Em agosto de 2011, passou a ter outra atribuição e se tornou assessora direta de Flávio Bolsonaro, função na qual permaneceu até dezembro de 2016, com salário de R$ 9.835,63 mensais.
Após ser exonerada do gabinete de Flávio, o nome de Nathalia foi publicado no Diário Oficial da União como secretária parlamentar de Jair Bolsonaro. Comissionados não trabalham necessariamente na Câmara, em Brasília, porque podem ser designados para a base do deputado federal. Não foi possível identificar se Nathalia dava expediente na capital federal.
A filha do ex-policial e motorista de Flavio Bolsonaro só deixou de ter cargos ligados à família no dia 15 de outubro de 2018, quando foi exonerada do gabinete do presidente eleito Jair Bolsonaro, no qual recebia salário de R4 10.088,42. Esse foi o mesmo dia em que seu pai, Fabrício, deixou o cargo que tinha na Alerj, no gabinete de Flávio.
Apesar dos 11 anos de serviços prestados ao Legislativo, o UOL afirma que pessoas ligadas à Nathalia na área de educação física disseram que ela nunca mencionou exercer outra atividade. Na sua carreira como profissional de educação física, era vista dando aulas na academia Iron Box, na Barra da Tijuca, e contra na lista de personal trainers de outra rede na mesma região.