נטליה גינצבורג נולדה בפלרמו שבסיציליה בשם נטליה לוי, בת לאב יהודי, פרופסור לביולוגיה, ולאם קתולית. גינצבורג חונכה כאתאיסטית (לימים אמרה "עכשיו אני מרגישה יהודייה וקתולית גם יחד"). היא גדלה בעיקר בטורינו. את סיפורה הראשון, I Bambini, פרסמה בשנת 1933 בכתב העת Solaria. ב-1938 נישאה ללאונה גינצבורג, יהודי ממוצא רוסי, מרצה לספרות רוסית, ומאז חתמה על מרבית יצירתה בשם נטליה גינצבורג. ב-1940 הוגלה בעלה לכפר פיצולי שבחבל אברוצו עקב דעותיו האנטי-פשיסטיות, והוא חויב להתייצב מדי בוקר בתחנת המשטרה המקומית. כעבור חודשיים הצטרפה אליו נטליה גינצבורג עם שני ילדיהם, והם שהו שם עד 1943. במהלך תקופה זו נולד ילדם השלישי. על הרומן הראשון שלה, La strada che va in città (הדרך אל העיר), שיצא לאור בשנת 1942, בשיא האנטישמיות באיטליה, חתמה בשם העט אלסנדרה טורנימפרטה. ב-1943, לאחר נפילת משטרו של מוסוליני, חמקו בני הזוג לרומא וערכו בחשאי עיתון אנטי-פשיסטי. בתחילת 1944 נאסר בעלה על ידי הגסטפו, ועבר עינויים קשים שגרמו למותו. בעקבות זאת החלה גינצבורג לעבוד כעורכת וכמתרגמת בהוצאת הספרים "אינאודי", תחילה ברומא ואחר-כך בטורינו (קשריה עם ההוצאה, שבעלה השתתף בהקמתה, החלו עוד בסוף שנות השלושים). בין השאר תרגמה את "בעקבות הזמן האבוד" של מרסל פרוסט.