Происхождение героини сомнительно. Ее бабушка, Евдокия Ивановна Чернышёва (урожденная Ржевская), в 15 лет стала любовницей императора Петра I. Через два года он выдал девицу за своего денщика Григория Петровича Чернышёва (впоследствии — известный военачальник и генерал-губернатор Москвы). Император, по слухам, и после замужества Евдокии сохранял с нею связь, стал отцом ее детей. Хотя, по мнению В.Н. Балязина («Сокровенные истории дома Романовых. Сказания о первом российском императоре, Петре Великом»), учитывая легкий нрав Евдокии, они могли произойти и от других ее поклонников. Тем не менее велика вероятность, что Наталья Петровна Голицына приходилась Петру I родной внучкой.
Возможно, благодаря этому Елизавета Петровна, как и ее отец, осыпала семейство Чернышёвых своими милостями, жаловала доходные поместья и высокие титулы. В 21 год Наталья становится любимой фрейлиной Екатерины И. Как сказано в документах тех лет, за «приятнейшее проворство» в танцах она стала обладательницей изготовленной в единственном экземпляре персональной золотой медали с изображением императрицы. Еще через год Екатерина выдала свою любимую фрейлину замуж за высокородного князя Владимира Борисовича Голицына, которому к тому времени исполнилось 35 лет. Перед венчанием императрица сама украшала бриллиантами прическу Натальи Петровны и провожала ее в церковь. Замужество было благополучным, но через некоторое время Голицына «для здоровья мужа и образования детей» со всей семьей переехала во Францию. В Париже Наталья Петровна была принята при дворе Марии-Антуанетты, была непременной участницей всех приемов и балов, ее величали «Московской Венерой». В 1789 году Наталья Петровна с мужем и дочерьми посетила Лондон, где будущий король Георг IV подарил ей на память свой портрет с автографом. В 1790 году Екатерина II в связи с тревожными вестями из Франции призвала всех соотечественников вернуться в Россию. Голицына откликнулась на призыв, но сыновей оставила в Италии.
Тем не менее в Петербурге Наталья Петровна прослыла образцом придворной дамы. Александр I по случаю коронации наградил ее крестом Св. Екатерины 2-й степени, Николай I пожаловал ей тот же орден 1-й степени. Со временем влияние ее становилось все заметнее. Современник княгини В. А. Соллогуб вспоминает: «Почти вся знать была ей родственная по крови или по бракам. Императоры высказывали ей любовь почти сыновнюю. В городе она властвовала какою-то всеми признанною безусловной властью. После представления ко двору каждую молодую девушку везли к ней на поклон; гвардейский офицер, только надевший эполеты, являлся к ней, как к главнокомандующему». Все знакомые отмечали высокомерный нрав княгини, ее характер, лишенный женских слабостей, ее суровость по отношению к близким — даже с детьми она была очень строга. В молодости Наталья Петровна слыла красавицей, но с возрастом у нее выросли усы, и в Петербурге ее за глаза называли «Княгиня Усатая», хотя ни на одном портрете это не отобразилось. Именно образ безобразной ветхой старухи возникал в воображении первых читателей «Пиковой дамы». Что касается карточных игр, то существует легенда, что внучатый племянник Голицыной, князь С. Г. Голицын-Фирс, однажды рассказывал Пушкину, как начисто проигрался в карты. В отчаянье он бросился за помощью к бабушке, которая от своего французского друга, небезызвестного алхимика и оккультиста графа Сен-Жермена, знала тайну трех карт — тройки, семерки и туза. Если верить фольклору, Голицын-Фирс тут же отыгрался. В Петербурге Голицыну иначе как «Пиковой дамой» не называли.