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Descendante de la famille impériale russe, Natalia « Natasha » Romanova fut abandonnée enfant et retrouvée par le soldat Ivan Petrovich. Devenue ballerine durant son adolescence, elle rejoignit le KGB et devint l’un des agents spéciaux de renseignement en raison de son intelligence innée ainsi que d'améliorations physiques artificielles orchestrées par le gouvernement russe pour augmenter ses capacités. Natasha eut plusieurs maris, dont le pilote d’essai devenu espion, Alexi Shostakov ; mais, Natasha tua elle-même tous ses époux successifs, faisant passer leurs décès pour de malencontreux accidents, ce qui contribua très certainement à justifier son nom de code de Black Widow. Quittant les services secrets russes, Natasha se lança plus tard dans une lucrative carrière d'espionne à louer, carrière qui connut son apogée lors de son intrusion dans l'ambassade de Latvérie à New York. Manipulant le jeune et naïf Spider-Man (Peter Parker) afin de l'aider à échapper à la sécurité latvérienne, Black Widow utilisa les informations qu'elle avait ainsi recueilli pour être engagée par le SHIELD, une agence de sécurité américaine, dirigée par Nick Fury Natasha devint peu après un élément important des opérations spéciales de l’agence, faisant souvent équipe avec Hawkeye (Clint Barton).
Après que Black Widow et Hawkeye avaient exterminé près de cinq cents Chitauris, des extraterrestres qui voulaient conquérir la Terre, le couple fut intégré aux Ultimates, une équipe de surhumains constitué par Fury ; ainsi, Natasha sortit de l’anonymat de l’espionnage pour rejoindre les rangs des héros costumés des Etats-Unis. C’est avec le groupe qu’elle participa à l’ultime bataille entre les héros et les Chitauris, pénétrant dans leur complexe jusqu'à atteindre une bombe nucléaire gigantesque cachée en son sein. La paix revenue, Black Widow et son coéquipier Iron-Man (Tony Stark) tombèrent amoureux l'un de l'autre rapidement et Stark proposa à Natasha de l’épouser, une demande à laquelle l’ancienne espionne répondit positivement. Du coup, Stark lui offrit sa propre armure, noire, lui permettant d’améliorer ses performances physiques en la dotant de nanites lui permettant un contrôle instantané de l’armure.
Agissant toujours comme agent d’infiltration, mais désormais pour le compte des Ultimates, Black Widow fut dépêchée peu après en Toungouska, en Russie, après qu’un appel de détresse psychique avait été ressenti à travers la Terre. La mission fut une réussite, permettant de découvrir l'androïde extra-terrestre appelée la Vision, qui informa les Terriens de la menace cosmique appelée Gah Lak Tus. Dans les semaines qui suivirent, Black Widow participa à la défense d’une base secrète du SHIELD qui était consacrée à la construction d'un nouveau moteur permettant le vol spatial contre d’autres extra-terrestres, les Krees.
Cependant, dans le plus grand secret, Natasha demeurait un agent au service des autorités russes, envoyée s’infiltrer au sein des Ultimates pour les détruire de l’intérieur et faciliter l’attaque des Libérateurs, un groupe de surhumains internationaux constitué pour détruire le SHIELD et les Ultimates. Reprochant aux Etats-Unis la situation calamiteuse de son pays natal, la véritable mission de Black Widow commença en rendant publique l’identité de Hulk, avant de faire accuser Thor et Captain América et de trahisons envers les Etats-Unis et être responsable de l’élimination de la famille de Hawkeye. Puis, profitant de sa liaison avec Stark, Natasha assassina Edwin Jarvis et tenta de neutraliser Stark mais le héros et industriel avait anticipé le type d’attaque nanotechnologique utilisée par Black Widow et pu contrecarrer les efforts de l’espionne. Il prit le contrôle des nanites qui imprégnaient le corps de l’espionne, la paralysant instantanément, lui révélant qu’il avait utilisé les nanites pour se renseigner sur elle et découvrir sa trahison. Puis, il l’étourdit avec une bouteille, avant de partir à la rescousse de ses coéquipiers. Natasha fut hospitalisée, à cause des dégâts subis à sa tête par le coup délivré par Stark et, après la défaite des Libérateurs, Hawkeye partit à sa recherche, la retrouvant dans son lit d’hôpital où il l’abattit à bout portant pour venger la mort de sa propre famille durant l’attaque des Libérateurs.
Le nom de code de Black Widow fut successivement reprit par Monica Chang du SHIELD puis Jessica Drew, un clone féminin de Peter Parker.
Les capacités physiques et mentales de Black Widow ont été améliorées, notamment sa vitesse, son agilité, ses réflexes, son endurance, sa mémoire et sa concentration, atteignant des niveaux supérieurs à la moyenne humaine. Des nanites ont récemment été implantées dans son corps afin qu'elle puisse se lier et contrôler une armure de combat conçue par Stark.
Black Widow est une experte en arts martiaux, une tireuse d'élite, une actrice naturelle, une redoutable séductrice, des talents qui font d’elle une espionne hors du commun.
Black Widow emploie toutes sortes d'armes et d’accessoires pour accomplir ses missions. Son costume possède ainsi un système électromagnétique qui lui permet de s'accrocher aux murs et autres surfaces verticales. Elle disposait d’une armure créée par Stark et qui lui donnait une force et une endurance surhumaines ainsi que la capacité de voler à des vitesses supersoniques. L’armure était dotée d’armes telles que des rayons répulseurs, des mitraillettes montées sur les poignets et de brouilleurs de pensées, la protégeant contre les attaques télépathiques.