娜塔莉波曼擁有以色列、美國雙重國籍。1994年因為一部《終極追殺令》一夜走紅。新世紀前後演出的《星際大戰》前傳三部曲更使她的名聲如日中天。但令所有人驚訝的是，正是在拍攝星戰期間，她居然還在哈佛大學拿到了心理學學士學位。2005年的《偷情》讓她摘得金球獎，證明了她不僅具有票房方面的號召力。這之後她也開始慢慢轉型，接演些性格複雜更有深度的角色。2006年的政治驚悚片《V怪客》、2007年的《美人心機》都是這種嘗試下的結果。2008年，她甚至挑戰不同職位，執導了兩部短片，一部《Eve》入圍了威尼斯影展短片競賽單元，另一部就是短片合集《紐約我愛你》。2011年，波曼達到演藝巔峰狀態，憑著主演電影《黑天鵝》裡的芭蕾舞者妮娜橫掃金球獎、演員公會獎、影評人票選獎與英國影藝學院獎，並榮獲第83屆奧斯卡最佳女主角獎。之後更再度執導並演出《愛與黑暗的故事》，以及在2016年演出傳記電影《第一夫人的秘密》獲得第74屆金球獎最佳女主角的提名。

娜塔莉波曼父親是醫生，母親是藝術家，全家經幾度遷移後最終定居紐約。波曼自幼喜歡文藝，童年的大部分時間都在看書、寫作、跳舞中度過。十一歲那年，某次上舞蹈課回家途中，因為出色的氣質外貌被模特兒經紀人看上，但由於她並不嚮往模特兒生涯，因此轉介紹給其他電影經紀人。1994年，法國著名導演盧貝松（Luc Besson）開拍《終極追殺令》廣徵演員，從二千名競爭者中脫穎而出，這部電影處女作也讓她一片成名。1995年，演出了大導演邁可曼（Michael Mann）的《烈火悍將》Heat，雖然戲份不多，仍然發揮了她的天分。次年在伍迪艾倫（Woody Allen）的音樂喜劇《大家都說我愛你》Everyone Says I Love You裡，輕鬆的表演贏得了觀眾的喜愛。1997年12月到1998年5月之間她選擇登上百老匯舞臺，演出「安妮日記」The Diary of Anne Frank 中的女主角安妮的角色。1999年的《星際大戰二部曲》讓波曼真正為全世界矚目，她扮演的高貴美麗而又善變的女王，滿足了所有「星戰迷」對太空美人的想像。但在成名走紅之後，波曼卻選擇重回校園充電，她在哈佛大學念完心理學課程，另外也熟練掌握了法語、希伯來語和日語。修完課程回歸好萊塢之後，波曼開始轉型，她渴望演出一些更成熟有品位的電影。這些電影基本上可以歸為兩類，一類是偏向文藝型，一類是驚悚類。《管到太平洋》Anywhere But Here、《女孩第一名》Where the Heart Is、《偷情》、《美人心機》、《我的藍莓夜》My Blueberry Nights都是很好的文藝佳作。她甚至還在古裝驚悚片《哥雅畫作下的女孩》Goya's Ghosts中扮演了妓女角色。而2006年轟動一時的政治驚悚片《V怪客》，她的表演雖然沒有獲得什麼重要獎項，卻給人留下了極為深刻的印象。2009年，她與陶比麥奎爾（Tobey Maguire）聯合演出的家庭倫理片《窒愛》Brothers，則顯示出成熟內斂極為細膩的表演風格。波曼近年還跨足導演領域，《紐約我愛你》中她執導的段落是整部影片少數的精彩部分。所有的這一切積累到2011年來了個大爆發，心理驚悚片《黑天鵝》讓波曼登上演員之路的巔峰。

娜塔莉波曼在電影表演方面顯露出來的天分在當今的好萊塢新演員中確實出類拔萃，她有兩個很顯著的特點為一般新演員所無：一是她演出的很多經典角色觀眾幾乎都無法想像由其他演員演出，二是波曼非常擅長駕馭超過自己年齡的角色，就這點來說沒有天分與對生活細緻入微的觀察根本做不到。如當年喬治盧卡斯（George Lucas）《星際大戰》系列中的艾米達拉皇后這個角色，所有的女演員都擠破了頭想要得到，波曼雀屏中選後很多人都嫉妒她的運氣，但真正看過影片後，眾人才真的相信原來皇后這個角色真的天生就是為波曼準備的。而在《管到太平洋》中，波曼就和演技派影后蘇珊莎蘭登（Susan Sarandon）演一對不合的母女，雖然面臨著超級實力派的威脅，但是波曼仍然以她純熟的演技來表現，演出的品質和蘇珊莎蘭登不相上下。之後更在《女孩第一名》中，扮演一位年輕的未婚媽媽，和另一位演技派女星艾許莉賈德（Ashley Judd）同台飆戲。之後波曼作品開始轉向，如2005年的《偷情》，在片中她飾演一個性感深沉的脫衣鋼管秀女郎，和男主角在相遇後擦出愛的火花。在這部幕前、幕後都有超高水準團隊的電影中，波曼演技非常出色，但也常因為入戲太深而曾經一度情緒失控。

雖然波曼早就證明了她的表演天分，但是她始終需要一座實實在在的獎盃。終於，她等到了《黑天鵝》。此片敘述紐約一個芭蕾舞團正要演出經典舞蹈劇「天鵝湖」，眾多傑出舞者激烈角逐中，總監湯瑪斯黎洛決定讓妮娜取代首席女舞者貝絲的位置。而妮娜隨後發現自己還有一個強勁的競爭對手莉莉。因為《天鵝湖》要求女舞者不但能飾演天真純潔的白天鵝，也要能飾演充滿妖嬈性感的黑天鵝。前者適合妮娜，而後者適合莉莉。總監希望生性拘謹的妮娜，能多揣摩黑天鵝熱情奔放的內涵，妮娜幾乎以全生命在探索自己的黑天鵝潛力。導演戴倫亞洛諾夫斯基（Darren Aronofsky）最開始找到波曼的時候，其實影片劇本都還沒有完成。他只是將想法告訴了波曼，但波曼聽後就被打動，「這個劇本在許多方面都有開創性的意義。一個具有兩面性的角色，不僅演扮演他人，還要扮演這種扮演，太具挑戰性了，我一直在等待這樣一個劇本。」當劇本徹底完成後，波曼感受到了前所未有的創作衝動，她花了整整五個月的時間去練習形體，力求達到專業芭蕾舞演員的水準。不僅如此，片中還有一場露骨的女性之間的床戲，為了克服恐懼，波曼喝了一瓶龍舌蘭烈酒。結果那場戲一結束，她就醉倒在現場。《黑天鵝》當年在威尼斯影展放映之後，波曼的精彩表演就震撼了各路媒體。〈洛杉磯時報〉在現場的評論就直接指出，「一個前所未有的娜塔莉波曼，雙重人格的演繹已近於完美」。最後在橫掃了美國各大演員獎之後也如願以償獲得了奧斯卡影后。