Професор Наталия Чилингирова завършва с успех медицина в Медицински Универсистет в София, като част от следването провежда в Цюрих (Швейцария), където работи като стажант лекар в клиниката по Медицинска онкология в университетската болница. По време на следването работи като доброволец в клиниките по медицинска онкология към СБАЛ по
Онкология София и КОЦ Ст. Загора.
Веднага след завършването на МУ професор Наталия Чилингирова започва работа в СБАЛ по Онкология в София, след което придобива специалност по медицинска онкология. Защитава научна дисертация в областа на лечението на карцинома на белия дроб, като разработва нови подходи за индивидуализиране на лечението му с акцент върху генетичния профил на заболяването. Научните й интереси са основно в областта на рака на белия дроб и саркомите, занимава се с лечението на всички солидни тумори.
Специализира онкология и в университетските клиники във Виена (Австрия), завършва успешно редица международни обучения и онкологични семинари, между които тези на
едни от най-реномираните световни научни центрове като MSKCC (Memorial Sloan Kettering Cancer Center) в Ню Йорк, участва активно с научни презентазии и постери в различни
международни конгреси по специалността (между които ESMO cancer congress, ELCC – European Lung Cancer Congress и др.).
Професор Наталия Чилингирова е член на няколко български и международни научни дружества – ESMO, ASCO, Образователна Академия по Онкология и др. От 2011 е в управителния съвет на клуб „Млад онколог“, като подпомага организирането на международните и национални обучителни срещи за млади лекари.
Хабилитира се като доцент по онкология и преподава на български и чуждестранни студенти онкология. Автор на над 40 научни труда в български и международни сборници
и списания.
Владее немски, английски и руски език.
