Наталья Варлей и Альберт Филозов в спектакле «Тени» на сцене Театра имени Станиславского, 1976 год.

После окончания Щукинского училища в 1971 году актриса присоединилась к труппе театра и служила там до 1978 года. На сцене Варлей исполняла роли в спектаклях «Альберт Эйнштейн», где играла Роз-Мари Фей, «Коварство и любовь», где воплотила образ Луизы Миллер, и «Мсье де Пурсоньяк», где ее героиней стала Жюли. Также она участвовала и в других постановках.