En 1999, Nathalia Romanenko vient à Paris pour se perfectionner. Elle reçoit l’enseignement d'Olivier Gardon et Jacques Rouvier et obtient le premier prix du Conservatoire de Paris en 2001.
Accompagnatrice au Conservatoire de Paris, Nathalia Romanenko souhaite rendre à ce métier sa gloire d’antan, le sortir de l’ombre. Dans un entretien qu’elle donne à La lettre du musicien (hors-série consacré au piano, 2007-2008), elle cite Alfred Brendel et Daniel Barenboïm.
Mais, « à l’aise avec tous les compositeurs et particulièrement avec la musique russe et étonnante dans Liszt » (La Marseillaise, 26/10/2003), c’est à ses concerts qu’elle consacre l’essentiel de son temps. En 2003, pour le tricentenaire de la ville de Saint Pétersbourg, elle donne un concert au Palais Cheremetieff devant des chefs d'État. La presse est unanime. En 2005, à la demande d’Yuri Bashmet, elle joue au Teatro La Fenice de Venise. La même année, elle rencontre le violoncelliste Mstislav Rostropovitch : « C’est une nouvelle Wanda Landowska ! », s’exclame-t-il en l’écoutant. Par ailleurs, il lui demande de l’assister comme accompagnatrice dans le cadre de son Concours de Violoncelle à Paris.
En 2007, Nathalia Romanenko effectue une tournée de concerts en Amérique Centrale organisée par l’Alliance française et par Culturesfrance. À cette occasion, le grand quotidien La Nacion (26/02/2007) écrit : « Nathalia Romanenko montre une agilité impressionnante et, faisant corps avec le piano, elle arrive à en extraire une sonorité surprenante. » Et, El diario de Hoy : «Jeune, Nathalia Romanenko a déjà un passé mais aussi un grand avenir. »
En 2009, elle enregistre le Concerto n°5 d’Anton Rubinstein avec l’Orchestre régional de Cannes (PACA) sous la direction de Philippe Bender. En 2010, elle inaugure l’année croisée France-Russie dans la mythique salle Tchaïkovski du Conservatoire de Moscou avec le Concerto n°5 pour piano et orchestre de Saint-Saëns, sous la direction de Jean-François Heisser.
Elle a créé l’association Extraordinaria Classica pour la promotion des compositeurs méconnus ou oubliés et des ensembles novateurs.
