Роден е на 16 ноември 1952 година в село Копривлен, Гоцеделчевско със светското име Илия Иванов Калайджиев. Постъпва като послушник в Троянския манастир в началото на 1968 година и на 3 март 1974 година, навръх Неделя православна, е подстриган за монах и приема името Натанаил. На 10 октомври 1980 година става архимандрит.
Завършва Софийската духовна семинария през 1975 година. Учи в Духовната академия в София, а след това завършва Богословския факултет на Атинския университет.

На 25 март 1989 година е ръкоположен за епископ с титлата Крупнишки. От 24 април 1994 година е Неврокопски митрополит.