1994年，她參加試鏡爭取呂克·貝松的電影《這個殺手不太冷》中，與一名中年職業(yè)殺手成為朋友的小孩一角，并成功獲選。為保護隱私，波特曼隨后以她祖母的娘家姓“波特曼”取作藝名，但在該片DVD所收錄的導(dǎo)演剪輯版中，她屬名為娜塔莉·赫許勒。《這個殺手不太冷》于1994年11月18日上映時，波特曼年僅十三歲。同年她演出了短片《Developing》，該短片于電視播出。

　　1995年，波特曼接連演出了《盜火線》、《大家都說我愛你》及《火星人玩轉(zhuǎn)地球》等片，也在電影《美麗佳人》中擔(dān)任主角 ?。

　　1997年，波特曼推掉了《洛麗塔》和《羅密歐與朱麗葉》的片約而去參演舞臺劇《安妮日記》 ?，飾演安妮·法蘭克。她起初因電影《管到太平洋》中有全裸戲而推辭了的邀約，但在導(dǎo)演王穎與演員蘇珊·莎蘭登要求修改劇情后，加入了該片的演出陣容。該片于1999年末上映，波特曼以片中安·奧格斯特一角獲得金球獎最佳女配角提名。

　　1998年，波特曼主演了《星球大戰(zhàn)前傳三部曲》 ?中帕德梅·阿米達拉（Padmé Amidala）一角。《星球大戰(zhàn)：幽靈的威脅》于1999年初上映。波特曼隨后與《女孩第一名》劇組簽約，在片中領(lǐng)銜演出堅毅的年輕媽媽。在完成拍攝《女孩第一名》后，波特曼搬進了哈佛大學(xué)宿舍，專心攻讀心理學(xué)學(xué)士。就讀哈佛期間，波特曼擔(dān)任過政治評論員的助手，展現(xiàn)對社會議題的關(guān)心。她曾投稿至哈佛的學(xué)生報，回應(yīng)一篇反以色列的文章。 ?

　　在2000年6月至9月的暑假期間，波特曼在雪梨拍攝《星球大戰(zhàn)II：克隆人的進攻》，并于倫敦進行周邊制作。

　　2001年7月，波特曼加入了麥克·尼克斯導(dǎo)演、紐約公共劇院制作的契訶夫的戲劇《海鷗》，在其中飾演妮娜一角，與梅麗爾·斯特里普、凱文·克萊恩、菲利普·西摩·霍夫曼等人同臺對戲。該戲劇于中央公園的戴拉寇特劇院開幕演出。同年，波特曼與眾多明星一同于電影《超級名模》中客串演出。波特曼也在電影《冷山》中與裘德·洛及尼科爾·基德曼同臺，扮演小角色 。

　　2003年6月，波特曼取得了哈佛心理學(xué)學(xué)士學(xué)位 ?。

　　2004年春天，她又回到故鄉(xiāng)耶路撒冷，在希伯來大學(xué)進行研究生課程。

　　2006年3月，她以客座講師身份在哥倫比亞大學(xué)講授恐怖主義與反恐怖主義的課程，還引用了自己主演的電影《V字仇殺隊》中的內(nèi)容。 ?

　　2008年5月，未滿27歲的娜塔莉·波特曼受邀成為戛納電影節(jié)評委。除了評審，她還帶來了自己導(dǎo)演的短片，收錄在短篇集《紐約，我愛你》之中，并拉來斯嘉麗·約翰遜加盟 ?。同年9月，她帶著她的導(dǎo)演處女作、21分鐘短片《前夕》參加威尼斯電影節(jié)展映 ?。這一年她獲得tccandler評選的全球最美臉蛋第一名。 ?

　　2010年，她主演的《黑天鵝》上映 ?，影片使她獲得第83屆奧斯卡最佳女主角獎 ?。同年，她還參演了大衛(wèi)·戈登·格林執(zhí)導(dǎo)的《王子殿下》 ?和斯賓塞·薩瑟執(zhí)導(dǎo)的另類文藝片《海瑟》 ?。

　　2011年5月8日，她主演的《雷神》在中國上映。 ?

　　2012年7月16日，娜塔莉·波特曼現(xiàn)身《圣杯騎士》拍攝現(xiàn)場，影片于2013年上映 ?。同年12月25日，美國《福布斯》公布了2012年好萊塢“最具性價比”演員榜單，娜塔麗·波特曼位列榜首，成為年度投資回報率最高的演員 ?。

　　2013年的11月8日，娜塔莉·波特曼出演的《雷神2：黑暗世界》在美國上映 ?。

　　2015年5月，娜塔莉·波特曼確認在《性之基礎(chǔ)》（On The Basis Of Sex）中飾演美國大法官魯絲·巴德·金斯伯格 ?。8月21日，娜塔麗·波特曼在《福布斯》公布的2015全球最高薪女星排行榜中，以年收入600萬美元，排第18名。 ?

　　2016年，主演《第一夫人》，影片將主要視角放在肯尼迪遇刺期間的重重謎點，同時講述第一夫人杰奎琳面對喪夫之痛時，依然保持冷靜睿智，與蠢蠢欲動的政治對手周旋的故事 ?。

　　1981年，波特曼出生于以色列耶路撒冷，她的原名叫娜塔莉·赫許勒。

　　1984年，三歲的波特曼和家人一起搬到美國，她的父親在當?shù)亟邮茚t(yī)療訓(xùn)練。波特曼自4歲起開始學(xué)習(xí)舞蹈，并在當?shù)匚鑸F里表演，這段經(jīng)歷讓她在之后主演《黑天鵝》中的芭蕾舞演員變得輕松。

　　1991年，十歲的波特曼拒絕了做兒童模特的邀請，全心投入表演。 ?