Nathalie „Lili" Szergejev 1912. január 24-án született Szentpéterváron, de családja az 1917-es bolsevik forradalom után Franciaországba menekült. Párizsban újságírónak tanult. Szorgalmának és tehetségének köszönhetően hamarosan folyékonyan beszélt angolul, franciául és németül egyaránt. Az 1930-as évek közepén sokat utazott Németországba, egyszer még interjút is készített Hermann Göringgel, a Nemzetiszocialista Német Munkáspárt vezető tagjával, aki később a német légierő parancsnoka, majd a Harmadik Birodalom második embere lett.
A német hírszerző szolgálat 1937-ben próbálta meg először beszervezni, ám ezt akkor még visszautasította.
A háború kitörése és Franciaország bukása után azonban egy újságíró barátja közbenjárása révén beleegyezett, hogy a német Abwehr katonai hírszerző- és kémelhárító szolgálatnak dolgozzon. Az Abwehrnél Emil Kliemann őrnagy oktatta a hírszerzési és kommunikációs technikákra.
Szergejev 1943-ban utazott Spanyolországba, ahová magával vitte szeretett kutyáját Frisson-t (magyarul Borzongást) is.
Madridban felkereste az egyik amerikai barátját, aki az MI5-nek dolgozott, és felajánlotta, hogy kémkedik a szövetségesek számára.
A barát ezután felvette vele a kapcsolatot az ottani brit nagykövetséggel. A brit hírszerzés végül állományba vette ahol a Treasure (magyarul Kincs) fedőnevet kapta. Mary Sherernek, az MI5 tisztjének kellett jelentenie. Első kettős ügynöki megbízatása során Angliába küldték, miközben a németek abban a hitben voltak, hogy a nő hűséges hozzájuk.
A brit karanténszabályok azonban nem várt következményekkel jártak a kettősügynök nő számára. Nathalie Szergejev kutyája, Frisson ugyanis emiatt maradt Gibraltárban.
Treasure nagyon fel van háborodva a kutyája hiánya miatt, és komolyan fenyegetőzött, hogy ha a házikedvence nem érkezik meg hamarosan, akkor nem fog többet dolgozni nekünk
– írta 1943 decemberében Mary Sherer. – Azt hiszem, a kérés megoldható, de ez minden bizonnyal csak egy színjáték a részéről. Attól tartok, Treasure-t cserbenhagyta az amerikai barátja, és esze ágában sincs becsempészni neki a kutyáját. Azon tűnődöm, hogy talán a haditengerészet segítségét kérhetnénk" - jegyezte fel az összekötő.
Az MI5 szerint aggodalomra adott okot, hogy a nő korábban már leleplezte inkognitóját egy amerikai repülős előtt: Treasure Gibraltárban találkozott Kenneth Larson hadnaggyal, akivel viszonyt folytatott és akinek felfedte titkosszolgálati munkáját.
Azt mondta, hogy nagyon hülye volt, de beleszeretett Larsonba, aki pedig viszonozta az érzéseit
– jegyezte meg Sherer. – Valami nagyon bonyolult ok miatt felfedte magát előtte, hogy lássa, vajon bízhat-e benne.
És bár Treasure igen hatékony ügynöknek bizonyult, de „kivételesen temperamentumos és zavaróként" írták le a személyiségét.
Szergejev a német tartótisztje által adott rádiókészüléken dolgozva több tucat megtévesztő üzenetet közvetített Londonból. Akadt azonban egy probléma: a britekkel kötött megállapodás részeként megegyeztek abban, hogy a Gibraltárban maradt kutyája követi őt az Egyesült Királyságba. Amikor azonban az ígéretek ellenére sem történt meg ez, Treasure félelmetesen közel került ahhoz, hogy hármas ügynök legyen.
A dolgok 1944. május 17-én vettek döntő fordulatot, amikor megtudta, hogy Frisson, a kutyája elpusztult Spanyolországban. Kevesebb mint egy hónappal a történelem legnagyobb partraszállási hadművelete,
a D-nap előtt arról tájékoztatta az MI5-öt, hogy megállapodott Emile Kliemann-nal egy titkos jelzésben, ezért az Abwehr vezetője mindig tudja, hogy mikor hitelesek a jelentései.
A D-nap volt az az időpont, amikor az angolszász szövetségesek Normandiában megnyitják a második frontot. Treasure azt is elmondta, Kliemann mindig tudja, hogy mikor áll brit irányítás altt. Arra utalt, hogy elárulta a németeknek a normandiai partraszállás tervezett időpontját.
Továbbá arra is célozgatott... hogy annak érdekében, hogy a W/T (vezeték nélküli jeladó) jól működjön, a jel elhagyásával lefújhatja az eseményt
– jelentette Sherer. – Bevallotta, hogy a bosszú vezérelte a kutyája halála miatt, amiért szerinte mi vagyunk a felelősek.
Szergejev végül megadta a brit összekötő tisztjének a kódolt hívójel részleteit. Egy héttel a D-nap után azonban Sherer MI5 főnöke, T. A. Robertson ezredes, a kettős ügynökök ellenőrzéséért felelős részleg vezetője dühösen felelősségre vonta és közölte vele, hogy többé nincs szükség a szolgálataira, majd „nyomorult nőnek" nevezte.
Az MI5 az esetet követően még további öt hónapig továbbította az üzeneteket. Szergejev munkájának legfontosabb részeként elismerték, hogy a hosszú üzeneteket így újra titkosítani tudják a német Enigmákon, a második világháború alatt kifejlesztett német rejtjelező gépeken.
Ez kiváló fegyvert biztosított az Abwehr más hálózatai által használt rejtjelező gépek kriptoanalíziséhez, ami lehetővé tette a nyugati szövetségesek számára, hogy jelentős mennyiségű, kódolt információhoz jussanak.
Treasure munkáját az MI5 bírálata ellenére is sokan dicsérték, többek között a vezeték nélküli forgalmat figyelő brit kormányzati kódtörők, de még maguk a németek is. Sokan magasztalták, mert elismerték, hogy több alkalommal „megmentette őket a veszélytől és a nehézségektől".
Szergejev a háború végén visszatért Franciaországba, ahol többször fenyegetőzött azzal, hogy kiadja emlékiratait.
Az MI5-nek sem sikerült ebben megakadályoznia, pedig megpróbálta egy francia MI6 tiszt, Malcolm Muggeridge befolyását is bevetni. Treasure a háború után megírta leleplező emlékiratát, amelyben korábbi MI5-ös feletteseit „gengsztereknek" minősítette.
A Secret Service Rendered címen kiadott memoár végül 1968-ban jelent meg.
Treasure közben férjhez ment: munkaadójával, John Barton Collings őrnaggyal szerettek egymásba, aki mellett orosz tolmácsként szolgált. 1946-ban házasodtak össze Párizsban, miközben a túlélők áthelyezéséért felelős Collings a Buchenwaldhoz közeli, németországi Erfurt katonai kormányzójaként dolgozott. A menekültek között számos orosszal találkoztak.
A házaspár később Solon Township-be költözött, ahol Nathalie „Lili" Szergejev, a híres második világháborús kettős ügynök 1950. május 17-én veseelégtelenségben meghalt.