В молодые годы у актрисы было много поклонников, но с мужчинами ей не везло.
Впервые Наталья Варлей вышла замуж в 20 лет, ее супругом стал режиссер Николай Бурляев. Родственники отговаривали актрису от этого брака, но тогда она никого не слушала, а через время пара разошлась. Для Варлей это была первая любовь, но из-за молодости и отсутствия опыта совместной жизни им так и не суждено было стать полноценными супругами.
Во второй раз Наталья вышла замуж за сына Вячеслава Тихонова и Нонны Мордюковой Владимира. Мужчина злоупотреблял алкоголем и наркотиками, при этом он не хотел лечиться и не намеревался избавляться от зависимости. В результате этого брака у них родился сын Василий, но болезнь Владимира разрушила их семью, хотя после расставания они продолжили общаться. Варлей очень жаль второго супруга и поэтому она поддерживала его в сложные моменты, сам же Владимир понял, что распитие алкоголя и употребление запрещенных веществ ни к чему хорошему не ведут только в последние годы жизни.
