2009年，娜塔莉·波特曼在拍攝電影《黑天鵝》時結識了影片的舞師本杰明·米派德，兩人日久生情于2010年12月訂婚。2011年6月，娜塔莉·波特曼生下了與本杰明·米派德的愛情結晶，而且當時兩人手上都戴著結婚戒指，更是被稱為是世界最美孕婦。
13歲時，她出演《這個殺手不太冷》的女主角，開始了一邊讀書一邊拍戲的生涯。
1999年，波特曼以《芳心天涯》片中安·奧格斯特一角獲得金球獎最佳女配角的提名。
1999年，成年后的她憑借《星球大戰(zhàn)》三部曲帕德梅·阿米達拉女王一角為大眾熟知，之后，波特曼進入哈佛大學攻讀心理學。
2011年，娜塔莉·波特曼憑借電影《黑天鵝》里人格分裂的芭蕾舞者角色，獲得了奧斯卡最佳女主角獎；同年5月8日，她主演的《雷神》在中國上映。
2025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。
2025年5月，娜塔莉·波特曼確認在《性之基礎》（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2025全球最高薪女星排行榜中，以年收入600萬美元，排第18名。