La carriera di Natalie Hagglund inizia nel 2002 a livello giovanile col Wave Volleyball Club, mentre successivamente gioca a livello scolastico per la squadra della La Costa Canyon High School. Terminate le scuole superiori entra a far parte della squadra della University of Southern California, con la quale gioca nella NCAA Division I dal 2010 al 2013, raccogliendo diversi riconoscimenti individuali; nel 2011 viene inoltre convocata per il campionato mondiale juniores, dove riceve il premio di miglior libero, per poi esordire nella nazionale statunitense maggiore nel 2014, in occasione del Montreux Volley Masters, dove vince la medaglia d'argento, stessa medaglia vinta poi alla Coppa panamericana 2014.