Natalie Portman se narodila 9.6. 1981 v Jeruzalémě (Izrael) jako jediné dítě Avnera Hershlaga (specialista na neplodnost) a Shelley Stevensové (výtvarnice). Když bylo jí bylo 3 roky, přestěhovala se s rodinou do Marylandu (USA), kde však dlouho nepobyla, protože se o 6 let poději přestěhovali znovu, a to na Long Island (NY), kde žije dodnes. Zde taky začala brát lekce tance, až ji v roce 1992, v jedné newyorské pizzerii objevil agent modelingové firmy a nabídl jí příležitost ve světě modelingu. Natalie si také v této době změnila příjmení na Portman, kvůli zachování soukromí. Později zkoušela štěstí i ve světě filmu, ale dostávala pouze menší role v divadle.
Až roku 1994 debutovala ve filmu León, kde si zahrála dvanáctiletou Mathildu, které narkomanský policista povraždil rodinu. Za tuto roli dotala cenu Young Star Awards v kategorii nejlepší herečka v dramatu a vynesla ji mezi nejvyhledávanější herečky její věkové kategorie.
V roce 1995 si zahrála Lauren ve snímku Nelítostný souboj (Heat), režírovaném Michaelem Mannem, po boku slavné hvězdy Al Pacina. Přestože její role byla v tomto filmu malá, byla kritikou zase chválena. Do roku 1999 si zahrála ještě v další třech filmech, a to v romantické komedii Nádherný holky (Beautiful Girls), kde ztvárnila mladičkou Marty, které se zalíbí o dost staršímu hudebníkovi. V muzikálu Woodyho Allena Všichni říkají: Miluji tě (Everyone Says I Love You) jako Laura a nakonec ve filmu Tima Burtona Mars útočí! (Mars Attacks!) jako dcera amerického prezidenta Jacka Nicholsona.
Natalie se stává jednou z nejznámějších i nejtalentovanějších hereček Hollywoodu a velkou částí k tomu přispěl i první díl triologie Hvězných válek (Star Wars). Pro všechny to bylo velké překvapení, že se v roli Amidaly, královny planety Naboo, objevila právě Natalie, jíž bylo teprve 16 let a nikdy předtím neviděla žádný starší díl Star Wars. Natalie váhala, ale nakonec se však po schůzce s Georgeem Lucasem a producentem Rickem Mccallumem k projektu podepsala. Ve stejném roce má svou velkou premiéru na Broadwayi v titulní roli hry Deník Anne Frankové, jako židovská dívka. Bohužel role se musela v roce 1998 vzdát, kvůli svým školním povinnostem, přestože ji všichni kritici hodnotili kladně.
V roce 1999 přichází do kin komedie Kdekoliv, jen ne tady (Anywhere But Here), kde si zahrála dospívající dívku Ann, která se svou rozvedenou matkou (Susan Sarandon) hledá štěstí v Beverly Hills. Za tuto roli dokonce byla nominována na Zlatý Glóbus v kategorii nejlepší herečka ve vedlejší roli.
Jejím dalším projektem je romantická komedie Jdi za svým srdcem (Where the Heart Is), kde hraje těhotnou dívku Novalee. V roce 2002 do kin přichází Star Wars Epizoda II - Klony útočí, za který je kritikou (už zase...) pochálena. Začíná se proslýchat, že by si měla zakrát ve filmu Návrat do Cold Mountain (Cold Mountain), vedle hollywoodských hvězd jako Jude Law, Nicol Kidman nebo Renée Zellweger, a nakonec se tak stane, i když si Nat zahraje jen v menší roli.
Během roku 2004 natáčí komedii Garden State, po boku Zacha Braffa a znovu se setkává s Judem Lawem, tentokrát ve filmu Na dotek (Closer), kde hraje záhadnou tanečnici Alici. Za tuto roli získává Zlatý Glóbus v kategorii nejlepší herečka ve vedlejší roli.
V roce 2005 konečně přichází do kin závěrečný díl ságy Star Wars, a to Epizoda III - Pomsta Sithů (Star Wars: Episode III - Revenge of the Sith) Krátce po uvedení filmu si Nat ostřhala vlasy pro roli Evey ve fimlu V jako Vendeta (V for Vendetta), jehož premiéra se usutečnila až na jaře roku 2006, kvůli tehdejším teroristickým útokům v Londýně.A přicházejí další filmy. Goyovi přízraky (Goya's Ghosts), režírované českým režisérem Milošem Formanem, který si práci s Natalií na tomto projektu velice pochvaloval. Romantický film Toma Tykwera Paris, Je t'aime, kde ztvárňuje Francine. Tohoto roku také dokončuje komedii Mr. Magorium's Wonder Emporium, kde hraje společně s Dustinem Hoffmanem, My Blueberry Nights jako Leslie a nebo The Other Boleyn Girl.