נתן שרנסקי נולד בשנת 1948 בעיר דונצק שבאוקראינה. הוא סיים את לימודיו במכון הטכנולוגי הפיזיקלי במוסקבה עם תואר במדעי המחשב. עם סיום לימודיו, הוא הגיש בקשה לקבלת ויזת יציאה לישראל, שנדחתה בשל "סיבות ביטחוניות". זמן קצר לאחר מכן הוא נעשה מעורב במאבק של יהדות בריה"מ על חירותה ועל זכותה לעלות לישראל. בה בעת, הוא הצטרף לתנועת זכויות האדם בברית המועצות, שאותה הוביל אנדריי סחרוב. הוא הפך לאחד האבות המייסדים של "קבוצת מוסקבה הלסינקי", שכללה סוגים שונים של סרבני המשטר הסובייטי. לא חלף זמן רב ונתן שרנסקי הפך לדובר הלא רשמי של שתי התנועות.

בשנת 1977, טען עיתון סובייטי כי מר שרנסקי משתף פעולה עם רשות הביון האמריקנית, ה-CIA. על אף הכחשות מצד כל דרג אפשרי בממשלת ארה"ב, מר שרנסקי נמצא אשם ונדון לשלוש עשרה שנים בכלא, לרבות ישיבה בצינוק ועבודת פרך. באולם בית המשפט, לפני הקראת גזר דינו, מר שרנסקי אמר בהודעה פומבית: "אין לי שום דבר לומר לבית המשפט – לאשתי ולעם היהודי אני אומר 'בשנה הבאה בירושלים'". לאחר תשע שנים בכלא, הודות ללחץ בינלאומי ניכר וקמפיין שאותו הובילה אשתו, אביטל שרנסקי, מר שרנסקי שוחרר ב-11 בפברואר, 1986, עלה לישראל והגיע לירושלים כבר באותו יום.

עם הגיעו לישראל הוא המשיך במאבק לפתוח את שערי ברית המועצות. הפרק האחרון בתולדות המאבק לשחרורם של יהודי ברית המועצות היה עצרת עצומה שבה השתתפו יותר מ-250 אלף איש, אשר נערכה ב-7 בדצמבר, 1987, ביוזמתו של נתן שרנסקי, שהיה הכוח המוביל מאחוריה. העצרת התרחשה בעת ביקורו הראשון של נשיא ברית המועצות מיכאיל גורבצ'ב בוושינגטון, וסייעה להפעיל לחץ על ברית המועצות להפחית את המגבלות על הגירה.

עשר שנים לאחר שהגיע לישראל, שרנסקי ייסד את מפלגת "ישראל בעלייה".

בשנת 1988, תוך ציפייה לפתיחת שערי ברית המועצות, הקים נתן שרנסקי – עם מסורבי עלייה לשעבר ותומכי עלייה – את "הפורום הציוני ליהדות ברית המועצות", ארגון גג של קבוצות פעילים מברית המועצות לשעבר שהוקדש לסיוע לעולים חדשים וביצוע פעולות הסברה על סוגיות קליטה לציבור הישראלי. משנת 1990 עד 1996 שימש מר שרנסקי כעורך משנה של המגזין The Jerusalem Report ובשנת 1994 נמנה על מייסדי Peace Watch – קבוצה אל מפלגתית המחויבת למעקב אחר הציות להסכמים שנחתמו בין ישראל לפת"ח. המפלגה הוקמה על מנת לזרז את קליטתם בחברה הישראלית של מספרים עצומים של עולים מרוסיה ולמקסם את תרומתם לחברה.

בשנים 1996 ל-2005, נתן שרנסקי שימש כשר, כמו גם כסגן ראש הממשלה, בארבע קדנציות רצופות. בנובמבר 2006 פרש נתן שרנסקי מכנסת ישראל ונטל את תפקיד יושב הראש של מכון אדלסון ללימודים אסטרטגיים שנוסד אז במרכז שלם בירושלים. הוא גם משמש כיו"ר "ירושלים אחת" ומוזיאון אנו בתל אביב.

ביוני 2009 נבחר נתן שרנסקי לתפקיד יו"ר הסוכנות היהודית לישראל. מר שרנסקי קיבל את מדליית הזהב של הקונגרס האמריקני בשנת 1986 ואת מדליית החירות הנשיאותית של ארה"ב בשנת 2006. הוא המשיך להוביל יוזמות למען זכויות אדם הן באמצעות כתביו והן באמצעות פעילותו הציבורית. ספר זכרונותיו, "לא אירא רע", ראה אור בארצות הברית בשנת 1988 ותורגם לתשע שפות. רב המכר שלו, "בזכות הדמוקרטיה: כוחה של החירות לגבור על עריצות וטרור", שכיכב ברשימת רבי המכר של הניו יורק טיימס, משך תשומת לב ניכרת. לאחר שהנשיא ג'ורג' בוש קרא את הספר, הוא אמר: "אם אתם רוצים להבין את ה-DNA הפוליטי שלי, תקראו את הספר הזה". ספרו האחרון, "בזכות הזהות: תפקידה החיוני בהגנה על הדמוקרטיה", שפורסם על ידי מכון שלם, ראה אור ביוני 2008. נתן שרנסקי נשוי לאביטל. הם מתגוררים בירושלים ולהם שתי בנות, רחל וחנה, ושני נכדים.