Conservateur du patrimoine, Nathalie Volle est d’abord nommée à l’Inspection générale des musées où elle acquiert une bonne connaissance des collections nationales. Elle collabore à de nombreux catalogues d’expositions, assure le commissariat de Seicento, le siècle de Caravage dans les collections françaisesen 1988 et publie le Répertoire des peintures italiennes du XVIIe siècledans les musées de France. Elle dirige ensuite le Service de restauration des peintures des musées nationaux. Chargée des grands chantiers au C2RMF, elle assure le suivi des restaurations de la galerie d’Apollon au Louvre et de la galerie des Glaces à Versailles. Pensionnaire à l’INHA de 2009 à 2015,  elle est responsable du programme de recherche sur les Tableaux italiens en France (XIIIe-XIXe siècle) et finalise la mise en ligne des 14 000 œuvres recensées. Elle participe aux expositions organisées dans différents musées (Ajaccio, Chantilly, Montpellier) destinées à mettre en valeur le patrimoine pictural italien conservé en France. Elle organise, en relation avec la DRAC de Picardie en 2017, l’exposition Heures italiennesréunissant plus de deux cents tableaux provenant des musées et églises de la région. Enfin, elle suit des étudiants dans la rédaction de catalogues de fonds importants jamais publiés dans leur intégralité aux musées de  Besançon, Montpellier  et Jacquemart-André. Parallèlement, elle mène à bien un projet de recherche sur l’histoire de la restauration, le Dictionnaire historique des restaurateurs, tableaux et œuvres sur papier, Paris, 1750 -1950, publié en 2020.  

Jean-Simon Berthélemy, 1743-1811), peintre d’histoire, 1979, Paris, Arthena.

Seicento, le siècle de Caravage dans les collections françaises, Paris, Galeries nationales du Grand Palais, 1988-1989 (commissaire).

Musées de France, Répertoire des peintures italiennes du XVIIe, Paris, 19881989 (en collaboration avec A. Brejon de Lavergnée).

Escales du Baroque, Marseille, Vieille Charité, 1988 (commissaire associé).

Les Noces de Cana de Véronèse, une œuvre et sa restauration, Paris, 1992 (en collaboration avec Jean Habert).

 Settecento, le siècle de Tiepolo, Peintures italiennes du XVIIIe siècle dans les collections publiques françaises,Lyon et Lille, 2000-2001 (commissaire associé).

 La galerie d’Apollon au palais du Louvre, Paris, 2004 (« Les données des archives », « Les moyens scientifiques d’investigation », « Vers un projet de de restauration des peintures »).

 La Galerie des Glaces, Histoire et restauration, Dijon, 2007 (« Restaurations et restitutions : les interventions anciennes », « Le C2RMF, connaître pour restaurer »).

 Heures italiennes, Trésors de la peinture italienne en Picardie, XIVe-XVIIIe siècle, Amiens, Beauvais, Chantilly,  Compiègne, 2017 (commissaire).

 Dictionnaire historique des restaurateurs, tableaux et œuvres sur papier, Paris, 1750 -1950, Paris, 2020, Mare et Martin, Louvre éditions (direction scientifique).

 Rédacteur de numéros spéciaux de Techné : La restauration des œuvres d’art : éléments d’une histoire oubliée (n° 27-28, 2008) ;  Watteau et le fête galante (n° 30-31, 2008) ; Des traités aux ateliers (n° 33, 2011).