影片也披露了她的过去：自幼被洗脑成俄国间谍，上了神盾局的黑名单，神盾局派鹰眼克林特去杀她，而克林特却做出了不同的选择并使他们成为朋友。
最后，娜塔莎和沙克维格博士一起关闭了宇宙魔方引发的时空传送门。
当美国队长史蒂夫·罗杰斯已经定居华盛顿的布鲁克林区，努力适应现代社会的生活时。
然而一起神秘袭击事件伤害到神盾局的重要人物弗瑞局长，神盾局中几乎无人可信。
这时黑寡妇娜塔莎·罗曼诺夫获得了史蒂夫的信任，二人联手猎鹰、特工希尔和卡特（13号特工）以及弗瑞局长等人一起摧毁了隐藏在神盾局的九头蛇组织卧底成员亚历山大·皮尔斯及其团伙的计划，但神盾局的活动也和九头蛇组织一样转入了地下。
娜塔莎·罗曼诺夫成为了“绿巨人”布鲁斯·班纳的伴侣，浩克要依靠她的指引才能顺利地从狂暴状态恢复，班纳和娜塔莎越来越相互依赖，成为了情侣。
她与众多其他超级英雄一起，对抗由托尼和班纳意外造出的邪恶机械“奥创”。
奥创被击败后，娜塔莎为班纳的独自离开惆怅不已，最后和美国队长一起对复仇者联盟的新成员猎鹰、幻视、战争机器和绯红女巫进行培训，组成了第二代复仇者联盟（鹰眼退休，钢铁侠也短暂离开）。
美国队长追踪到朗姆洛（交叉骨）的下落后，带着黑寡妇、猎鹰以及绯红女巫去了非洲的拉各斯阻止朗姆洛的恐怖行动，但是却造成了大规模爆炸事件，复仇者联盟因而受到了全世界的广泛质疑。
后来面对国务卿罗斯的立法提议，娜塔莎认为复仇者联盟已经在公众面前做错了事，应该受到一定的管制，支持签署《索科维亚协议》，加入了以钢铁侠为首的同意派。
但是索科维亚特工泽莫男爵却设计导致复仇者联盟发生内战。
娜塔莎原本和以美国队长为首的反对派为敌，还在莱比锡机场大战中对鹰眼克林特和蚁人斯科特出手，但在明白了事情的真相后又协助美国队长和冬日战士逃走，阻止了黑豹的追击。
因而被美国政府通缉，和美国队长、猎鹰一起流落在外。
在从班纳处得知灭霸的意图后，娜塔莎与美国队长、猎鹰救下了被亡刃将军、暗夜比邻星包围的绯红女巫和幻视，在复仇者联盟基地重新见到了布鲁斯·班纳。
之后在瓦坎达与美国队长、黑豹等人对抗灭霸的齐塔瑞军队。