Село Натальино было основано в 1840 году и названо в честь дочери владельца этих земель Владимира Петровича Орлова-Давыдова. Первые жители села были переселенцами из Жигулей, Анновки и Отважного. В 1848 году местные крестьяне на собственные средства построили деревянную Казанско-Богородицкую церковь на каменном фундаменте. При храме действовала библиотека, насчитывавшая 102 тома.
По данным 1859 года, в селе Натальино при озере Майтуга насчитывалось 130 дворов с населением 446 мужчин и 519 женщин. В 1897 году на средства прихожан была возведена вторая церковь во имя Казанской иконы Божией Матери, вмещавшая до 900 человек. К 1900 году в селе имелось две церкви, земская школа, кирпичный завод и пять ветряных мельниц.
В 1929 году из сел Натальино, Ольгино и Потуловка был создан колхоз имени В. Чапаева. В 1935 году Натальинская волость вошла в состав вновь образованного Безенчукского района. В годы Великой Отечественной войны из села на фронт ушли 399 человек, 237 из которых не вернулись.
Современный храм Казанской иконы Божией Матери в селе Натальино относится к Безенчукскому благочинию Кинельской епархии Самарской митрополии Русской Православной Церкви. Точная дата постройки ныне существующего храма в доступных источниках не указана.