Giulio Natta nacque a Porto Maurizio (oggi Imperia) nel 1903 da genitori liguri.
Frequentò le scuole superiori e un biennio propedeutico universitario a Genova. Nel 1921 frequentò i corsi di ingegneria chimica industriale presso il Regio Istituto Tecnico Superiore (oggi Politecnico di Milano) dove si laureò nel 1924 a soli 21 anni.
Il giovane Natta, ancora prima di laurearsi, si era dedicato ad attività di ricerca nel campo della Chimica e aveva installato presso la sua abitazione a Milano un laboratorio di ricerca, piccolo ma sufficientemente attrezzato.
Contemporaneamente frequentava i laboratori dell’Istituto di Chimica Generale. In quel periodo il Politecnico di Milano, oltre ad essere una scuola formativa di solide competenze professionali, diventava un centro importante di ricerca scientifico tecnologica, dove la Chimica, per merito di Giuseppe Bruni (direttore dell’Istituto di Chimica Generale), assumeva un ruolo importante nel processo di integrazione tra la scienza, la tecnica e l’industria. Giulio Natta, divenuto allievo di Bruni, assimilò la filosofia del maestro e in tutta la sua carriera non dimenticò di coniugare i suoi interessi di appassionato ricercatore e di scienziato con gli aspetti industriali della chimica.
Nel 1923, presso il Politecnico di Milano, nasceva il primo Centro di studi roentgenografici e Natta iniziò la sua carriera scientifica in questo ambito, dedicandosi allo studio della determinazione della struttura delle sostanze chimiche mediante raggi X insieme a Giorgio Renato Levi, Adolfo Quilico, (tutti destinati a dare numerosi e originali contributi allo sviluppo della chimica italiana e alle connesse realizzazioni industriali).
Per ampliare le sue conoscenze nel campo della determinazione delle strutture chimiche, Natta nel 1925 accettò una borsa di studio presso il laboratorio del prof. Seemann a Friburgo. Qui si sviluppavano tecniche di analisi delle strutture chimiche tramite diffrazione di elettroni. Questo periodo della vita di Natta fu determinante per i futuri interessi scientifici del giovane ricercatore. Qui infatti Natta entrò in contatto con il gruppo di lavoro di Hermann Staudinger che si occupava di macromolecole. In quegli anni lo studio sulle macromolecole era ancora pionieristico; Natta ne intuì l’importanza e le potenzialità e tornato a Milano iniziò uno studio sulla struttura cristallina di polimeri.
Gli studi di Natta nel campo della determinazione di strutture mediante raggi X si orientarono oltre che verso i polimeri anche verso lo studio di materiali inorganici, Questi studi contribuirono a formare una solida e profonda preparazione per i futuri lavori che lo avrebbero condotto al premio Nobel. Però la duplice personalità di Natta, scienziato con una profonda preparazione teorica e tecnico attento alle applicazioni pratiche delle scoperte fatte, si evidenziò già nel 1926 con lo studio della sintesi del metanolo. Con questi studi, tra l’altro Natta affinò le sue conoscenze sulla catalisi.
Ormai affermato ricercatore fece una rapida e brillante carriera accademica: nel 1927 conseguì la libera docenza in Chimica Generale; nel 1933 vinse il concorso per la cattedra di Chimica Generale all’Università di Pavia; nel 1935 venne chiamato a ricoprire la cattedra di Chimica Fisica dell’Università di Roma; nel 1937 ricoprì la cattedra di Chimica Industriale al Politecnico di Torino; nel 1938 fu chiamato al Politecnico di Milano per sostituire Mario Giacomo Levi (costretto dalle leggi razziali a lasciare l’insegnamento) sulla Cattedra di Chimica Industriale dove rimase per trentacinque anni.
Natta, ritornato al Politecnico di Milano, rinnovò l’insegnamento della Chimica Industriale, sino ad allora materia prevalentemente a carattere descrittivo e informativo. Basò il corso di chimica industriale su solidi principi di termodinamica, cinetica e catalisi, facendola diventare una materia formativa per gli ingegneri chimici.
Negli anni successivi Natta si dedicò a una intensa e proficua attività di ricerca applicata senza trascurare di sviluppare anche la parte teorica. Tra queste attività si possono citare: gli studi sul metanolo, sulla formaldeide, sul butadiene e sulla catalisi e l’oxosintesi.
Negli anni successivi alla seconda guerra mondiale, Natta entro in contatto con il mondo industriale degli U.S.A. Qui, lo sviluppo della petrolchimica stava trasformando radicalmente la chimica organica industriale, basata sino ad allora sul carbon fossile e sui prodotti di fermentazione. Natta comprese appieno le nuove potenzialità e possibilità offerte dagli idrocarburi insaturi, ora disponibili in enormi quantità. Inizio, su questi temi, una collaborazione con la Montecatini.
Dal 1948 approfondì gli studi sulle sintesi e le proprietà dei composti macromolecolari. Nel 1952, dopo avere ascoltato una conferenza di Karl Ziegler sulla polimerizzazione dell’etilene in presenza di composti alchilati di alluminio, Natta si convinse della possibilità di controllare la struttura della catena polimerica durante la sintesi. Iniziò così una collaborazione tra i gruppi di lavoro di Natta, Ziegler e la Montedison che condusse nel 1954 alla realizzazione del polipropilene isottattico.
La strada per il premio Nobel era tracciata. Giulio Natta ricevette il premio Nobel il 10 dicembre 1963 a Stoccolma.