Esas adı Natali Herşlag olan Natalie Portman, 9 Haziran 1981 tarihinde İsrail, Jerusalem'de (Kudüs) ailesinin tek çocuğu olarak doğmuştur. Natalie'nin babasının ailesi Polonya ve Romanya'dan göçen Yahudiler olup annesinin ailesi de Avusturya ve Rusya kökenli Yahudilerdir. Natalie Portman'ın babası endokrinoloji uzmanı bir doktordur. 3 yaşına geldiğinde ailesi ile birlikte 1984 de ABD. Washington'a taşındılar. Daha sonra 1990 yılında taşındıkları yer New York idi. Natalie 1999 yılında liseyi New York'da Syosset High School'da bitirdi. Eğitimine Harvard Üniversitesi, psikoloji bölümünde devam edip 2003 yılında mezun oldu. Natalie Portman, Kudüs'teki Hebrew Üniversitesi'nde yüksek lisans yapmaktadır. Orta okul çağındayken 13 yaşından itibaren yaz tatillerinde tiyatro kamplarına gitmiştir.
4 yaşından beri dans dersleri alan Natalie Portman, sinema kariyerine ilk adımı modellik sayesinde olmuştur. 12 yaşında çocuk modelliği yapmaya başlamış ve 14 yaşında, Luc Besson'un Leon adlı filminde oynadığı rolle dünya çapında üne kavuşmuştur. Star Wars serisinin son üç filminde Kraliçe Amidala rolü ile şöhret basamaklarını hızla tırmanmıştır.
Natalie Portman, 2005 yılında "Closer" filmindeki rolüyle En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu Oscarına aday gösterildi ve aynı dalda Altın Küre ödülünü aldı. 2011 yılında "Black Swan" filmindeki rolüyle En İyi Kadın Oyuncu Oscarına ve Altın Küre'ye aday gösterildi. Altın Küre'yi ve Oscar'ı kazandı.

2005 yılında Star Wars Episode III filminin galasından önce Natalie Portman, V for Vendetta filmi için saçlarını kazıtır, bu durum magazin basınını hayli meşgul eder. Ardından Goya's Ghosts filminde rol alır.

İbranice ve İngilizce'yi anadili gibi konuşabilmektedir. Ayrıca Fransızca, Almanca, İspanyolca ve Japonca bilmektedir. Ayrıca Arapça öğrenmektedir.

Black Swan filminde tanımış olduğu Fransız balet ve koreograf Benjamin Millepied ile evlendi. Haziran 2011 doğumlu bir erkek çocukları var. Filmleri :
1994 Leon
1994 Developing
1995 Büyük Hesaplaşma
1996 Beautiful Girls
1996 Everyone Says I Love You
1996 Çılgın Marslılar
1999 Yıldız Savaşları: Bölüm I - Gizli Tehlike
1999 Anywhere but Here
2000 Where the Heart Is
2001 Zoolander
2002 Yıldız Savaşları: Bölüm II - Klonların Saldırısı
2003 Cold Mountain
2004 Garden State
2004 Closer
2005 Yıldız Savaşları: Bölüm III - Sith'in İntikamı
2005 Free Zone
2006 V for Vendetta
2006 Paris, je t'aime
2006 Goya'nın Hayaletleri
2007 My Blueberry Nights
2007 Küs Kardeşler Limited Şirketi
2007 Hotel Chevalier
2007 Sihirli Oyuncakçı
2008 Boleyn Kızı
2009 New York, I Love You
2009 Brothers
2010 Love and Other Impossible Pursuits
2010 Hesher
2010 Your Highness
2010 Black Swan
2011 Thor
2011 Bağlanmak Yok