Натали появилась на свет 9 июня 1981 в столице Израиля. Ее родители переехали из солнечной Молдавии. Постепенно семья перебралась в Нью-Йорк, при этом сменив несколько мест жительства в США. С детства девочка была довольно целеустремленным ребенком и занималась спортом и танцами. Показателен тот факт, что с восьми она перестала кушать мясные продукты.

Уже в десять лет красивой Натали предлагают попробовать свои силы в рекламной компании фирмы Revlon,  моделью. Но девушка четко знала чего она хочет и подала документы в актерское агентство. Ее приняли спокойно, внешность берет свое. И вот на нее выходит Люк Бессон, который очень долго не мог найти себе партнершу по будущему хиту сезона фильму "Леон". Долго сопротивлялись родители девочки, и после того как они согласились на все условия, мама Портман постоянно следила во время игры актеров за своим сокровищем. Позднее актриса говорила, что жутко боялась сцен с оружием, поскольку на нее произвело впечатление - гибель сына Брюса Ли, Брендона во время съемок картины.

"Леон (Профессионал)" дал толчок карьере актрисы, и далее ее стали постоянно приглашать в разные проекты со звездами Голливуда. Достаточно назвать боевик "Схватка" с такими мастерами как, Де Ниро и Аль Пачино. В последнее время Портман очень внимательно относится к сценарию, поэтому ее новые фильмы хорошо принимаются критиками.