Натанаил Зографски е роден на 26 октомври 1820 г. в село Кучевища, Скопско. Светското му име е Нешо Стоянов Бойкикев. Богатата библиотека на Кучевищкия манастир станала негово първо училище. През 1835 г. той отишъл да се учи в Самоков. След това продължил образованието си в Прилеп, където заедно с учителя Георги Самуркашев превели „Служение еврейско". През 1837 г. станал монах в Зографския манастир. Година по-късно Н. Зографски заминал за Кишинев. Там отначало посещавал духовното училище, а после постъпил в семинарията. На няколко пъти ходил в Одеса, привлечен от богатия политически и културен живот на тамошната българска емиграция. Запознал се лично с В. Априлов и Н. Палаузов. През 1840—1841 г. заедно със Захарий Княжески превели „Зерцало или огледало християнское", отпечатано в Москва през 1847 г. След като завършил семинарията, Н. Зографски се записал в Киевската духовна академия. Там по това време се учели тридесетина български младежи. През 1851 г. завършил академията и се отправил на научно пътешествие из Русия, Австро-Унгария, Сърбия, Румъния и Османската империя. В Москва и Петербург попаднал сред влиятелни руски политически, културни и духовни дейци, пред които защищавал исканията на народа ни за разрешаването на черковния въпрос. В Прага се запознал с Шафарик, Ханка и др., а у проф. Фр. Шумавски оставил няколко свои произведения и преводи, излезли от печат през 1852—1853 г.: „Детинский подарок", „Краткое християнское наставление", „Дружеское писмо българина к гърку" и др.
През 1853 г. се завърнал в Зографския манастир. По време на започналата наскоро след това Кримска война Н. Зографски завързал приятелство с Г. С. Раковски, в чиито идеи и политическа далновидност дълбоко вярвал. След войната станал игумен на Добровецкия манастир близо до Яш. Оттук поддържал тесни връзки с много български културни и революционни дейци. Бил в приятелски отношения и с румънския княз Куза. По това време издал „Кратко изяснение на божествената литургия", „Буквар славено-български", „Произшествие в Скопската епархия от 1860 до 1865 г." и др. Някои от произведенията му са подписани с псевдоними — Б (ългаринъ) Бого-молецъ, Н (атанаилъ) Богданъ.
През 1872 г. бил ръкоположен за
митрополит на Охридската епархия, но бератът
за утвърждаването му се забавил чак до 1874 г. В Охрид властите не
гледали на
него с добро око и още в началото на Руско-турската
война го изпратили в Цариград. След Освобождението
Н. Зографски, макар и вече в напреднала възраст, се включил
активно в борбата
против несправедливите решения на Берлинския конгрес. Той застанал
начело на Кресненското въстание. След разгрома на народното
движение в долината на Струма той се установил в София, а по-късно във
Враца и
Ловеч. През 1880 г. бил освободен от Охридската митрополитска катедра,
защото
неговото връщане там поради участието му във въстанието било
невъзможно. Както и дотогава, Н. Зографски продължавал да поддържа
връзки с
най-видните политически и обществени дейци у
нас — Ст. Стамболов,
П. Каравелов, Др. Цанков, П. Р. Славейков, Н. Геров и мн. др. След
преместването
на Българското книжовно дружество от Браила
в София станал негов действителен член.
След 1891 г. бил митрополит на Пловдив.