Après des études classiques aux Conservatoire National de Région de Cergy-Pontoise et de Rueil-Malmaison où elle a obtenu quatre premiers prix, Nathalie Fontaine se consacre au violon baroque qu'elle étudiera avec Daniel Cuiller au Conservatoire National de Région de Paris (CNR). Elle étudiera ensuite avec François Fernandez au Conservatoire National Supérieur de Musique de Paris (CNSM), puis aux Pays-Bas au Conservatoire Royal de La Haye auprès de Enrico Gatti puis Ryo Terakado où elle obtient le "Bachelor of music" et le "Master of music" en 2006.
Elle se produit et participe à de nombreux enregistrements dans le monde entier avec les ensembles baroques français renommés et étrangers tels que : Le Concert Spirituel ( H. Niquet), Stradivaria (Daniel Cuiller), La Simphonie du marais (Hugo Reyne) ; «Les Passions (J.M. Andrieu), La Fenice (J. Tubery), Les Folies Françoises (P. Cohen Akenine), Lachrimae consort (P. Foulon), il Gardellino (Marcel Ponseele et Jan De Winne), Ricercare Consort (P. Pierlot), Accordone (Marco Beasley et Guido Morini), Japan Bach collegium (M. Susuky).
Attachée à transmettre le goût et la passion de la musique, elle est impliqué dans le monde de l’enseignement, elle est actuellement professeur au Conservatoire Erik Satie (7ème arrondissement) à Paris où elle enseigne le violon classique, le violon baroque et les disciplines collectives.
Elle crée en 2001 l'ensemble "Terra Incognita", avec lequel elle aborde un répertoire original et varié de sonates, concertos, cantates comme de symphonies dans un souci de rigueur historique et d’honnêteté artistique.