早年經歷
娜塔麗·波曼1984年，三歲的波特曼和家人一起搬到美國，她的父親在當地接受醫療訓練。波特曼自4歲起開始學習舞蹈，並在當地舞團里表演，這段經歷讓她在之後主演《黑天鵝》中的芭蕾舞演員變得輕鬆。
1991年，十歲的波特曼拒絕了做兒童模特的邀請，全心投入表演。
演藝經歷
娜塔麗·波曼1995年，波特曼接連演出了《盜火線》、《大家都說我愛你》及《火星人玩轉地球》等片，也在電影《美麗佳人》中擔任主角。
1997年，波特曼推掉了《洛麗塔》和《羅密歐與朱麗葉》的片約而去參演舞台劇《安妮日記》，飾演安妮·法蘭克。她起初因電影《管到太平洋》中有全裸戲而推辭了的邀約，但在導演王穎與演員蘇珊·莎蘭登要求修改劇情後，加入了該片的演出陣容。該片於1999年末上映，波特曼以片中安·奧格斯特一角獲得金球獎最佳女配角提名。
1998年，波特曼主演了《星球大戰前傳三部曲》中帕德梅·阿米達拉（PadméAmidala）一角。《星球大戰：幽靈的威脅》於1999年初上映。波特曼隨後與《女孩第一名》劇組簽約，在片中領銜演出堅毅的年輕媽媽。在完成拍攝《女孩第一名》後，波特曼搬進了哈佛大學宿舍，專心攻讀心理學學士。就讀哈佛期間，波特曼擔任過政治評論員的助手，展現對社會議題的關心。她曾投稿至哈佛的學生報，回應一篇反以色列的文章。
在2000年6月至9月的暑假期間，波特曼在雪梨拍攝《星球大戰II：複製人的進攻》，並於倫敦進行周邊製作。
2001年7月，波特曼加入了麥克·尼克斯導演、紐約公共劇院製作的契訶夫的戲劇《海鷗》，在其中飾演妮娜一角，與梅麗爾·斯特里普、凱文·克萊恩、菲利普·西摩·霍夫曼等人同台對戲。該戲劇於中央公園的戴拉寇特劇院開幕演出。同年，波特曼與眾多明星一同於電影《超級名模》中客串演出。波特曼也在電影《冷山》中與裘德·洛及尼科爾·基德曼同台，扮演小角色。
2003年6月，波特曼取得了哈佛心理學學士學位。
2004年春天，她又回到故鄉耶路撒冷，在希伯來大學進行研究生課程。
2006年3月，她以客座講師身份在哥倫比亞大學講授恐怖主義與反恐怖主義的課程，還引用了自己主演的電影《V字仇殺隊》中的內容。
2008年5月，未滿27歲的娜塔莉·波特曼受邀成為坎城電影節評審。除了評審，她還帶來了自己導演的短片，收錄在短篇集《紐約，我愛你》之中，並拉來斯嘉麗·詹森加盟。同年9月，她帶著她的導演處女作、21分鐘短片《前夕》參加威尼斯電影節展映。這一年她獲得tccandler評選的全球最美臉蛋第一名。
2010年，她主演的《黑天鵝》上映，影片使她獲得第83屆奧斯卡最佳女主角獎。同年，她還參演了大衛·戈登·格林執導的《王子殿下》和斯賓塞·薩瑟執導的另類文藝片《海瑟》。
2011年5月8日，她主演的《雷神》在中國上映。
2012年7月16日，娜塔莉·波特曼現身《聖杯騎士》拍攝現場，影片於2013年上映。同年12月25日，美國《福布斯》公布了2012年好萊塢“最具性價比”演員榜單，娜塔麗·波特曼位列榜首，成為年度投資回報率最高的演員。
2013年的11月8日，娜塔莉·波特曼出演的《雷神2：黑暗世界》在美國上映。
2015年5月，娜塔莉·波特曼確認在《性之基礎》（OnTheBasisOfSex）中飾演美國大法官魯絲·巴德·金斯伯格。8月21日，娜塔麗·波特曼在《福布斯》公布的2015全球最高薪女星排行榜中，以年收入600萬美元，排第18名。
2016年，主演《第一夫人》，影片將主要視角放在甘迺迪遇刺期間的重重謎點，同時講述第一夫人傑奎琳面對喪夫之痛時，依然保持冷靜睿智，與蠢蠢欲動的政治對手周旋的故事。
社會活動
娜塔麗·波曼此外，波特曼還擔任天橋驕子第五季第二場比賽——環保服裝設計的特邀評審。
獲獎記錄
娜塔麗·波曼▪2011第83屆最佳女主角黑天鵝（獲獎）
▪2005第77屆最佳女配角偷心（提名）
金球獎
▪2011第68屆劇情類最佳女主角黑天鵝（獲獎）
▪2005第62屆最佳女配角偷心（獲獎）
▪2000第57屆最佳女配角芳心天涯（提名）
英國電影和電視藝術學院獎
▪2011第64屆最佳女主角黑天鵝（獲獎）
▪2005第58屆最佳女配角偷心（提名）
MTV電影獎
▪2011第20屆最驚人一刻黑天鵝（提名）
▪2011第20屆最佳女演員黑天鵝（提名）
▪2011第20屆最佳吻戲黑天鵝（提名）
▪2005第14屆最佳女演員情歸新澤西（提名）
▪2005第14屆最佳吻戲情歸新澤西（提名）
人民選擇獎
▪2012第38屆最受歡迎喜劇片女演員（提名）
▪2005第31屆最受歡迎女主角（提名）
土星獎
▪2011第37屆最佳女主角黑天鵝（獲獎）
▪2010第36屆最佳女主角兄弟（提名）
▪2007第33屆最佳女主角V字仇殺隊（獲獎）
▪2006第32屆最佳女主角星球大戰前傳三：西斯的復仇（提名）
▪2003第29屆最佳女主角星球大戰前傳二：複製人的進攻（提名）
▪2000第26屆最佳年輕演員星球大戰前傳一：魅影危機（提名）
青少年選擇獎
▪2011第13屆最佳浪漫喜劇電影女演員不求回報（提名）
▪2011第13屆最佳劇情電影女演員黑天鵝（獲獎）
▪2011第13屆最佳電影吻戲黑天鵝（提名）
▪2006第8屆最佳劇情/動作冒險電影女演員V字仇殺隊（提名）
▪2005第7屆最佳電影吻戲情歸新澤西（提名）
▪2005第7屆最佳電影謊話精情歸新澤西（提名）
▪2005第7屆最佳劇情電影女演員情歸新澤西（提名）
▪2005第7屆最佳電影浪漫戲情歸新澤西（提名）
▪2005第7屆最佳動作冒險/懸疑電影女演員星球大戰前傳三：西斯的復仇（提名）
▪2002第4屆最佳劇情/動作冒險電影女演員星球大戰前傳二：複製人的進攻（獲獎）
▪2002第4屆最佳電影火花星球大戰前傳二：複製人的進攻（提名）
▪2000第2屆最佳電影女演員甜心伊人（提名）
人物評價
波特曼是一位認真而敏感的女孩，是典型的能力超群者，她喜歡與她差不多的人交往，這也是她為什麼要選擇哈佛的一個原因。她有種異域風格，看似不羈卻又相當優雅。（新浪、鳳凰網、國際線上評）
這位美麗的耶路撒冷女神，13歲那年便擊敗數千女孩贏得《這個殺手不太冷》的女一號一角，憑藉超高智商，她邊演戲邊讀書，成功進駐哈佛大學攻讀心理學。她一直游離於聲色犬馬的娛樂圈邊緣，吃素，精通法語、希伯來語和日語，做慈善，拒絕穿皮草，甚至自己設計了人造皮革的鞋子。這位奧斯卡影后以自身的高素質穩居好萊塢一線女星之列，知識果然就是力量，這是她登上女神寶座的利器。
