Natalie Hershlag nació en Jerusalén, Israel, en el seno de una familia judía. Es la única hija de un matrimonio formado entre un doctor, procedente de Israel también, y una artista originaria de Cincinnati, Ohio, quien también es agente de Natalie. Portman se mudó a Washington D.C, cuando todavía era una niña y, después de varias mudanzas, la familia finalmente se asentó en Nueva York, residencia actual de la actriz. Portman se graduó con honores y sus logros académicos le permitieron estudiar la carrera de psicología en la universidad de Harvard.
Natalie Portman, que es su nombre artístico, fue descubierta en una pizzería por un agente cuando tenía 11 años. Y, a pesar de que en un principio se adentrase en el mundo de las pasarelas, finalmente prefirió perseguir una carrera como actriz. Participó en varias actuaciones pero no fue hasta el año 1994 cuando debutó en el cine con el largometraje León. Sólo tenía 13 años. Y a esta película le siguieron otras como Heat (1995), Beatiful Girls (1996) y Mars Attacks (1996). La fama mundial le llegó gracias a su papel en Star Wars: Episodio I – La amenaza fantasma (1999) como la princesa Amidala. También ha actuado en dramas como A cualquier otro lugar (1999), La fuerza del amor (2000) o Closer (2004), por el que recibió un globo de oro a la mejor actriz de reparto. Retomó su interpretación de la princesa Amidala en las siguientes películas de la saga Star Wars: Episodio II – El ataque de los clones (2002) y Star Wars – Episodio III: La venganza de los Sith (2005). Otro de sus notorios éxitos fue el film Cisne Negro por el que se llevó un Oscar y el Globo de Oro a la mejor actriz. Los últimos trabajos de la famosa actriz se enmarcan dentro de la saga Thor, en la que la actriz interpreta a Jane Foster.
En el terreno amoroso, Natalie Portman ha salido con los actores Lukas Haas y Liron Levo. También con el mexicano Gael García Bernal, con quien pudimos verla por Madrid, y con el modelo Nathan Bogle. Durante un tiempo tuvo una relación con el cantautor californiano y bohemio Devendra Banhart y llegó a aparecer en uno de sus videoclips, el de la canción Carmensita. Sin embargo, es con Benjamin Millepied con quien Natalie Portman ha querido compartir el resto de su vida. Se conocieron en el rodaje de Cisne Negro, ya que él trabajaba como coreógrafo, y se casó con él el 4 de agosto de 2012. Tienen un hijo en común que se llama Aleph.