Natalie Portman lahir sebagai Neta-Lee Hershlag pada 9 Juni 1981 di Yerusalem, Israel. Ia adalah putri tunggal dari Shelley Stevens, seorang agen seni, dan Avner Hershlag, seorang dokter spesialis kesuburan. Pada usia tiga tahun, keluarganya pindah ke Amerika Serikat, di mana Natalie tumbuh besar dan menunjukkan minat luar biasa dalam dunia seni.

Debutnya di layar lebar terjadi pada usia 12 tahun dalam film Léon: The Professional (1994), yang langsung mendapatkan pujian kritis. Kariernya terus menanjak dengan peran dalam Star Wars prequel trilogy sebagai Padmé Amidala. Pada 2010, ia memenangkan Academy Award untuk Aktris Terbaik lewat perannya dalam Black Swan, yang memamerkan dedikasi fisik dan emosionalnya sebagai penari balet.

Di luar dunia akting, Natalie juga dikenal karena kecerdasannya. Ia adalah lulusan Harvard University dengan gelar di bidang Psikologi, sekaligus seorang advokat hak asasi manusia dan lingkungan. Natalie kini hidup bahagia bersama suaminya, Benjamin Millepied, seorang koreografer terkenal, dan kedua anak mereka.