Натали Портман родилась 9 июня 1981 года в Иерусалиме, Израиль, куда ее родители перебрались из столицы Молдовы, Кишинева. Когда Натали Портман было три года, семья переехала в США, сначала в Вашингтон, затем в Коннектикут, а потом в Нью-Йорк. В детстве Натали Портман занималась хореографией и фигурным катанием.
В одиннадцать лет Натали Портман предложили работу в агентстве моделей, но она предпочла карьеру актрисы.

Дебют Натали Портман состоялся в фильме Люка Бессона "Леон" (1994), где она играла вместе с Жаном Рено.

"Леон" принес Натали Портман большую известность и обеспечил ей стремительную карьеру. Далее была "Схватка" с Робертом Де Ниро и Аль Пачино. Последовали картины: "Красивые девушки" (1996) и "Марс атакует!" (1996). В фильме Вуди Аллена "Все говорят, что я люблю тебя" Натали Портман снималась вместе с Эдвардом Нортоном, Дрю Бэрримор и Джулией Робертс.

Натали Портман в течение 1998 года попробовала свои силы в качестве театральной актрисы. Она играла роль Анны в Бродвейской постановке "Дневник Анны Франк". Паралельно с этим проходили съемки новой серии "Звездных войн" - "Эпизод первый: Скрытая угроза", где Натали Портман получила роль королевы Амидалы - будущей матери Люка Скайуокера и принцессы Леи. Натали честно призналась, что не видела предыдущих трех серий. Она также подписала контракт на участие в двух последующий эпизодах "Звезных войн".
Далее последовали съемки фильма "Где угодно, только не здесь", где также снималась Сьюзан Сарандон. Натали Портман за эту картину номинировалась на "Золотой Глобус".

Двухтысячный год был отмечен выходом картины "Там, где сердце". В ней Натали Портман играет неожиданно забеременевшую девушку, которая скрывается в супермаркете. Это был первый фильм, где Натали предстояло сыграть сцену с поцелуем. За свою роль актриса получила YoungStar Awards.

По словам Натали Портман - она не собирается всю жизнь посвящать актерской профессии.