Natalie Portman, il cui nome di battesimo è Natalie Hershlag (Portman è il cognome della nonna paterna), nasce a Gerusalemme il 9 giugno 1981, figlia unica di Avner Hershlag, un medico nato in Israele, e Shelley Stevens, americana di Cincinnati che sarà anche la sua agente. Quando Natalie ha tre anni la famiglia si trasferisce sin America e prima di stabilirsi definitivamente a New York abita in varie città. Natalie impara l'ebraico alla scuola elementare che frequenta nel New England e si diploma nel 1999. Studia poi danza e balletto e si laurea in psicologia nel 2003. Ma la sua carriera inizia molto prima della fine dei suoi studi. Ambiziosa e con le idee chiare fin da piccola, inizia prima col teatro e poi nel 1993, a soli 12 anni, ottiene la parte della bambina orfana che si accompagna al killer Jean Reno in Léon di Luc Besson. Il film esce l’anno successivo ed è un grande successo mondiale. L’anno dopo appare in Heat – La sfida di Michael Mann. Seguono ruoli in Tutti dicono I Love You di Woody Allen e Mars Attacks! di Tim Burton. Nel 1999 George Lucas le affida il ruolo della regina Padmé Amidala in Star Wars: Episodio I – La minaccia fantasma, che riprenderà negli episodi successivi, L’attacco dei cloni (2002) e La vendetta dei Sith (2005). Dopo La mia adorabile nemica – per cui ottiene una nomination al Golden Globe - e Qui dove batte il cuore, appare nel ruolo di se stessa in Zoolander (2001). Seguono Ritorno a Cold Mountain, La mia vita a Garden State e Closer di Mike Nichols, per cui nel 2005 vince il Golden Globe e ottiene la sua prima candidatura all’Oscar. Nel 2005 è la Evey di V per Vendetta, dal graphic novel di Alan Moore, dove appare rapata a zero e parla con un perfetto accento inglese. Viene diretta da Milos Forman in L’ultimo inquisitore e nel 2007 è protagonista di Un bacio romantico del maestro di Hong Kong Wong kar-wai. Lavora poi con Wes Anderson in Il treno per il Darjeeling. Appare anche nel video di Paul McCartney per “Dance Tonight” diretto da Michel Gondry (nel 2012 assieme a Johnny Depp sarà diretta proprio da Paul McCartney nel video di "My Valentine") e torna a collaborare con Wes Anderson nel corto Hotel Chevalier. Affianca Dustin Hoffman nella commedia fantasy Mr. Magorium e la bottega delle meraviglie e nel 2008 ja ruolo di Anna Bolena in L’altra donna del re. Dopo Brothers ed Hesher è stato qui regala una memorabile performance nel Cigno nero di Darren Aronofsky, che le fa vincere finalmente l’Oscar, il Golden Globe e il premio della Screen Actors Guild nel 2011. Per prepararsi al ruolo di étoile del balletto si allena 8 mesi, tutti i giorni per otto ore. Nello stesso anno è protagonista di Amici, amanti e… di Ivan Reitman e di Your Highness nonché di Thor, il suo primo cinecomic, nel ruolo di Jane Foster, che riprenderà nel sequel del 2013 Thor - The Dark World. Nel 2015 è nel cast di Knight of Cups di Terrence Malick, ed esordisce alla regia col film tratto dal libro di memorie di Amos Oz A Tale of Love and Darkness, inedito in Italia. Nel 2016 escono il tormentato western Jane Got a Gun e Jackie di Pablo Larrain, dove offre una grande interpretazione nelle vesti di Jacqueline Bouvier Kennedy, per cui è di nuovo candidata all'Oscar. È protagonista di Annihilation di Alex Garland e di The Life and Death of John F. Donovan di Xavier Dolan, che uscirà nel 2018. Nella vita Natalie, che ha la doppia cittadinanza americana e israeliana, è da sempre vegetariana e dal 2009 è diventata vegana. È ambientalista, sostenitrice del partito democratico e impegnata in molte cause a favore dei paesi in via di sviluppo. Nel 2009 sul set de Il cigno nero conosce il ballerino e coreografo francese Benjamin Millepied e lo sposa in una riservata cerimonia ebraica. Da lui ha nel 2011 il figlio Aleph Portman-Millepied. Dal 2016, dopo una parentesi a Parigi, la coppia vive a Los Angeles, e nel settembre 2016 annuncia di aspettare un secondo figlio.