Родилась 9 июня 1981 года в Иерусалиме, Израиль, в семье доктора и художницы. Когда девочке было 3 года, семья переехала в Вашингтон, еще через 4 года в Коннектикут, и в конце концов осела на Лонг-Айленде под Нью-Йорком, где и обитает по сей день. Вы не поверите, но актрисой юная Натали стала, благодаря пицце. Это забавно вдвойне если учесть, что с детства Натали убеждённая вегетарианка. Так вот, в одной из пиццерий модельное агентство проводило конкурс, и мама девочки посоветовала принять в нём участие. Как результат – 11-летняя Натали подписала контракт на рекламу парфюмерной продукции фирмы Revlon.
На следующий год очаровательная школьница-интеллектуалка приняла участие в пробах к фильму прогрессивного французского режиссёра Люка Бессона "Леон" (Leon). Не сразу Бессон утвердил девочку на главную женскую роль, поскольку в сценарии её персонаж на несколько лет старше, и был необходим драматический опыт для того, чтобы передать все психологические коллизии девочки Матильды, чью семью безжалостно убил коррумпированный и немного "двинутый" полицейский (Гэри Олдман). Матильду невольно спасает сосед – безмолвный киллер Леон (Жан Рено), чьим единственным другом был цветок, за которым он бережно ухаживал. И чтобы расквитаться с убийцами всей своей семьи, включая маленького братишку, Матильда умоляет Леона обучить её своей профессии.
С таких глубоких фильмов дебютируют настоящие природные дарования. Как и юная Джоди Фостер в своё время, Натали рискнула сняться в весьма провокационных сценах (обучение владению оружием или откровенные сцены в нижнем белье) и проговорить весьма эпатирующие диалоги (когда она сообщает консьержу отеля, что они любовники). Неслучайно, режиссёрская версия намного отличается от прокатной. Вся картина была построена на взаимоотношениях Леона и Матильды, на том, как взрослый наёмный убийца, лишённый чувств и эмоций, учится радоваться самым простым вещам, и как он привязывается к маленькому хулиганистому существу.
В 1993-ем году из жизни уходит легендарная актриса Одри Хепбёрн. И через год в кинотеатрах выходит "Леон" с молодой Натали Портман, которую со временем начнут именовать "новой Одри" за её элегантное чувство стиля, ощущение модных тенденций, скромность в жизни, гуманистические общественные ценности и актёрское мастерство. Она может так удивительно улыбнуться и посмотреть в глаза партнёра по экрану, будто бы партнёр это ты. Девушка, с отличием закончившая школу и поступившая в престижный Гарвард на факультет психологии, в кино может развлекаться и ребячиться, быть серьёзной и взвешенной, но одинаково непосредственно, как и великая Одри Хэпбёрн в "Римских каникулах" и "Завтраке у Тиффани".
После "Леона" Натали пригласил другой зарекомендовавший себя режиссёр Майкл Манн, и ей посчастливилось играть в окружении самих Роберта Де Ниро и Аль Пачино. Натали сыграла дочь героя Пачино, полицейского, одержимого поимкой профессионального грабителя. Семья от этого страдает, и хуже всего приходится дочери, которая режет себе вены, пытаясь покончить с такой жизнью. В том же 1995-ом году Натали снимается в получасовой короткометражке Марии Кон "Развитие болезни" (Developing) – мама её персонажа заболевает раком груди, и, понимая, что осталось недолго, мать хочет найти общий язык с дочкой, вошедшей в период полового созревания.
В 1996-ом Натали появляется сразу в трёх фильмах. Сначала у Теда Демме (скончавшегося от передозировки после своей картины "Кокаин" в 2002-ом году) в интеллигентной и сентиментальной ленте "Красивые девушки" (Beautiful Girls) о встрече в заснеженном городке бывших одноклассников. После выпускного бала утекло много воды, но школьная дружба и интриги, первая любовь и юношеские обещания сохранили свою актуальность. "Красивые девушки" с участием Миры Сорвино, Умы Турман, Мэтта Диллона, Ноя Эммериха и многих других светится своей энергетикой, в особенности благодаря Натали Портман, по мнению многих критиков.