Natalie Portman urodziła się w żydowskiej rodzinie w Jerozolimie, w wieku 3 lat przeprowadziła się z rodzicami do Waszyngtonu. Studiowała psychologię na Uniwersytecie Harvarda, dyplom otrzymała w 2003 roku.

Debiutowała w 1994 roku rolą Matyldy w filmie pt.: Leon zawodowiec. W 2010 roku wcieliła się w postać Niny Sayers w produkcji pt.: Czarny łabędź, za co została uhonorowana Oscarem za rolę pierwszoplanową oraz Złotym Globem.