Zachwyciła wielomilionową widownię światowego kina już w wieku 12 lat, kiedy to wcieliła się w rezolutną Mathildę, małą sąsiadkę tytułowego „Leona zawodowca”. Po debiucie u boku Jeana Reno okrzyknięto ją cudownym dzieckiem.
Naprawdę nazywa się Natalie Hershlag. Nazwisko Portman przyjęła po babci. Ma polsko-żydowskie korzenie, ojciec jest potomkiem emigrantów z Polski i Rumunii, matka zaś z Austrii i Rosji. Jej dziadek był polskim żydem, którego rodzice zginęli w Oświęcimiu. W wieku trzech lat Natalie przeniosła się z rodzicami do Waszyngtonu, potem zaś wyjechała do Nowego Jorku na Long Island, gdzie mieszka do dziś.
Zanim trafiła na duży ekran, grała niewielkie rólki w teatrze. Jako 11-latka zwróciła na siebie uwagę agenta firmy kosmetycznej, który po udanej sesji zaproponował jej karierę modelki. Odrzuciła tę propozycję, oświadczając, że woli aktorstwo. Kiedy zgłosiła się na casting do „Leona zawodowca”, bez trudu pokonała tysiąc innych dziewcząt. Występ w filmie Luca Bessona stał się wydarzeniem. Uznano go za jeden z najlepszych debiutów dziesięciolecia, stworzony zaś przez Natalie i Jeana Reno duet słusznie zaliczono do najlepszych w dziejach kina. Po tym sukcesie posypały się propozycje dla młodej aktorki, lecz ona wraz z rodzicami bardzo rozsądnie wybierała role. Dużą nobilitacją była dla niej rola u Woody’ego Allena w „Wszyscy mówią: kocham Cię” (1996).
W filmografii, która liczy już ponad 40 pozycji, znalazły się m.in. trzy części „Gwiezdnych wojen”, wśród nich pokazywane w tym tygodniu w TVP 2 „Mroczne widmo”, gdzie 18-letnia wówczas aktorka wcieliła się w postać Królowej Amidali, matki Luke’a Skywalkera i księżniczki Lei.
Szczególnie trudne i fascynujące zadanie powierzył jej Milosz Forman, realizując w 2006 roku dobrze znane także w Polsce „Duchy Goi”. Oczami słynnego malarza oglądamy tam burzliwą historię rozgrywającą się na przełomie XVIII i XIX w. w Hiszpanii. W tej międzynarodowej produkcji Natalie Portman gra młodziutką muzę Goi – Ines, która na skutek fałszywego oskarżenia o herezję uwięziona zostaje w lochach świętej inkwizycji.