二战时期，斯大林格勒是前线战场，那里焦土一片，到处都是起火的残缺楼房，一名叫伊凡·彼得洛维奇的苏联士兵在探营时发现有栋房子里传出求救声，在搜救中发现了娜塔莎，之后的日子里伊凡作为娜塔莎的朋友、亲人，甚至父亲，给了她最大的帮助。
　　娜塔莎十岁时，斯大林格勒亲自下令，将她交给间谍塔拉斯·罗曼诺夫，作为塔拉斯的“女儿”进行培养。她跟着养父学会了许多格斗与间谍技巧。 与此同时，金刚狼罗根也被派去跟随塔拉斯“学艺”，遇到了当时年幼的娜塔莎。罗根教了她一些功夫，娜塔莎称他为“小叔叔”。其实按照养父的指令，娜塔莎应该杀死罗根，但罗根却先下手为强杀了塔拉斯。塔拉斯死后，小萝莉娜塔莎在雪地中游荡，被伊凡·彼得洛维奇找到，重新跟随他生活。
　　1941年，娜塔莎被派去执行一项任务：暗杀忍者组织“手”的首领。罗根抢在她之前先杀了首领，和美国队长一起把她带到安全的地方。 从此，小娜塔莎就立志要成为强者而加入苏联政府特务机构。该机构在秘密基地“红房”训练女孤儿成为特务。女孤儿会接受一切搏击训练，并通过基因改造令容貌及年纪比正常人年轻。同时为了令她们效忠组织会加入一些虚构记忆，娜塔莎被植入了芭蕾舞女演员的记忆。渐渐地，她成长为一名优秀的间谍。经过一系列的选拔，娜塔莎过关斩将，一路杀出线，成为了黑寡妇。伊凡·彼得洛维奇则一直照料着她。
　　1956年在柏林，伊凡受了重伤，上级派冬兵（他就是美国队长二战时期的助手巴基，被苏联找到后洗脑成为特工）及时将药物送给他俩，这个药物不仅救活了伊凡，也延长了娜塔莎的生命。娜塔莎和冬兵发展出感情，同时她亦得到冬兵指点。可是当冬兵的“主人”发现后，冬兵被带走放回冷藏库；发现这事的娜塔莎大受惊吓。
　　当然，娜塔莎和冬兵的感情是不被国家允许的。她被要求和冬兵分手，嫁给了试飞员阿列克谢·肖斯塔科夫。虽然这段婚姻是上级的安排，娜塔莎还是爱上了阿列克谢。但不久之后，娜塔莎就收到上级通知，阿列克谢在一次火箭试验中遇难，悲痛欲绝的她重新投入了工作。
　　娜塔莎成了名副其实的“寡妇”，她接受任务打入西方社交圈，用美色诱惑科技人员，盗取技术机密。一次任务中娜塔莎的目标是史塔克公司研究的“红色风暴”。 经过一轮面试，娜塔莎凭自身优势顺利当上了托尼·史塔克的私人生活助理。纵然托尼已经查明了她的身份，也差点被她得手，但最终钢铁侠的出现让娜塔莎的行动失败了。为了避免任务失败带来的惩罚，她决定留在美国继续对付钢铁侠。
　　娜塔莎找到在马戏团生活的罪犯鹰眼，企图利用他。鹰眼很顺利的就迷上了她，几乎对她言听计从。她也对鹰眼动了感情。然而，几次针对钢铁侠的任务都失败了，娜塔莎被带回国内。鹰眼加入复仇者之后，娜塔莎再次找到鹰眼，想策反他，却被鹰眼拒绝了。但是，在关键时刻，她帮助了鹰眼，最终投向了美国一方。
　　鹰眼一心想让娜塔莎加入复仇者联盟，甚至不问其他人的意见就让她参与了复仇者的行动。在娜塔莎的协助下，任务胜利完成，复仇者准备召开会议讨论是否让娜塔莎加入，可娜塔莎却迟迟未能到场。原来，这时她遇到了尼克·弗瑞，神盾局局长。
　　弗瑞交给娜塔莎一项秘密任务，要她潜回远东某国。娜塔莎只好匆匆离开。结果一到达就被抓住了。一名穿着红衣的男子出现在她和鹰眼面前，原来这就是她的丈夫——阿列克谢。他并没有死，而是在国家的安排下参加了苏联的超级士兵秘密计划，成为苏联用以和美国队长抗衡的“红色卫兵”。美国队长率领复仇者赶到。红色卫兵把美国队长视为自己的对手，与之展开战斗。娜塔莎趁机执行了弗瑞交给她的任务——捣毁敌人的秘密武器。仍爱着她的阿列克谢为她挡了一颗子弹。随后，阿列克谢为了阻止将军杀死美国队长，和基地一起被埋葬在岩浆之下。
　　红色卫兵事件结束之后，娜塔莎彻底和克格勃一刀两断，也得到了复仇者众人的接纳。但一段时间之后，她觉得和他们在一起会让她想起从前的悲惨生活，于是和鹰眼分手了。
　　她以贵妇人的身份生活了一段时间，伊凡·彼得洛维奇则以司机的身份陪伴在她的身边。之后黑寡妇发觉，平淡的生活并不能满足自己。她热爱着冒险与战斗。她抛弃了从前那套有着夸张面具的战斗服，设计了一套更具有现代感的黑色紧身制服，开始以犯罪斗士的身份独立行动。
　　她和伊凡离开纽约去了旧金山，黑寡妇救了此时也在旧金山的超胆侠马特·默多克，他们由拍档发展成情侣，平时他们是一对恋人，夜晚则以超胆侠和黑寡妇的身份并肩战斗。而这时，鹰眼因为对幻视与红女巫的恋情不满，退出了复仇者。他跑到旧金山，想挽回黑寡妇的爱情，就和超胆侠打了起来。
　　复仇者正好来请超胆侠帮忙，任务完成后更是趁机邀请他和黑寡妇加入。怀着对鹰眼的内疚之情，黑寡妇接受了邀请，加入了复仇者，超胆侠却不愿意加入。终于，娜塔莎感到自己总是处在超胆侠的阴影里，在战斗中他往往太保护她，娜塔莎提出分手 ，离开了超胆侠，做回了独立的黑寡妇，而不是“超胆侠的搭档”。
　　娜塔莎去了洛杉矶，组建了一支新的战队洛杉矶冠军之队，成员包括大力神、恶灵骑士、冰人、天使等。而她和大力神也成了情侣。但这支队伍没能维持多长时间，黑寡妇就回神盾述职了，并帮助超胆侠去营救前女友艾丽卡。
　　娜塔莎被选为复仇者的领导，一直陪伴在她身边的伊凡则选择了默默的离开。不久绝大部分复仇者成员们就都死了（其实是去了平行宇宙），她只好中止了复仇者战队。伊凡得知此事后向她告白，希望她回到自己身边——原来他这些年来一直爱着她。在娜塔莎看来，伊凡是她的养父、朋友，一个忠心耿耿的同伴，一个俄罗斯故乡的象征，但绝不可能是恋人。所以，她果断拒绝了他。
　　不久后内战爆发，站在赞同立法一方的娜塔莎成为钢铁侠的副手，当钢铁侠成为神盾局的指挥官后，娜塔莎更成为非官方职位最高的英雄。
　　内战结束后，美国队长被暗杀，娜塔莎负责将史蒂夫的盾送往秘密地方。史蒂夫过去的搭档、已恢复记忆的冬兵巴基不愿让史蒂夫的盾落入他人手中，于是从娜塔莎手上将盾抢走。在钢铁侠的游说下，巴基依照史蒂夫的遗愿继任成为新一代的美国队长；而娜塔莎亦成为他的新拍档。