Die in Kyoto geborene Natsumi Tamai gewann den ersten Preis beim Internationalen Festival in Prag, während sie noch an der Toho Gakuen Musikschule in Tokio studierte. Nach dem Diplomabschluss führte sie ihr Studium bei Herman Krebbers am Konservatorium in Amsterdam und bei Ana Chumachenco an der Hochschule für Musik und Theater in München weiter fort. Diese Übergangsphase brachte ihr einige Erfolge ein, darunter Preise bei grossen internationalen Wettbewerben (Königin-Elisabeth-Wettbewerb, Jean-Sibelius-Geigenwettbewerb usw.).
Seitdem konzertierte Natsumi Tamai mit vielen Orchestern wie mit dem Russischen Nationalorchester, dem Philharmonischen Orchester von Helsinki oder dem NHK Symphony Orchestra. Ausserdem hat Natsumi Tamai bei zahlreichen Konzerten in Japan und Europa regelmässig Auftritte. Als leidenschaftliche Pädagogin erteilt Natsumi zudem Violinunterricht an der Universität Tokio.