童年时期遭遇欺凌问题。在学校，娜塔莉是个全A生，并且是学校网球队、篮球队的副队长。她还与学校演讲队一同环游地球。
2004年，娜塔莉·多默尔从韦伯道格拉斯戏剧艺术学院毕业6个月后，试演并得到了《卡萨诺瓦》中维多利亚的角色，与希斯·莱杰、西耶那·米勒等合作出演。
2005年9月3日，参与拍摄的电影《卡萨诺瓦》在意大利首映，由莱塞·霍尔斯道姆执导。
2006年，她客串参演了电视剧《Rebus》。
2007-2008年，娜塔莉在历史剧《都铎王朝》第一、二季中出演亨利八世的王后安妮·博林，获得广泛的好评，这是她第一个代表性的角色。在第二季末尾，她的角色走向死亡，《波士顿先驱报》这样写道：“娜塔莉的离开给都铎王朝留下了空白。”在《都铎王朝》第四季中，她再次回归，出现在亨利八世的梦中。
2008年3月28日，参与拍摄的电影《完美无瑕》在美国上映。同年，主演的电影《马普尔小姐之为何他们不问埃文思》在英国上演。
2010年3月，娜塔莉在伦敦的YoungVic剧院首次出演舞台剧《SweetNothings》。9月，在HampsteadTheatre演出了舞台剧《.45》。
2011年，娜塔莉在《美国队长》中出演美国队长的初吻对象Lorraine，并出演了BBC的电视剧《皇家律师》和《灵界》。
2012年，娜塔莉加盟HBO巨制《权力的游戏》，饰演“高庭玫瑰”玛格丽·提利尔。在美版福尔摩斯《基本演绎法》中饰演“TheWoman”艾琳·艾德勒。同时在麦当娜执导的电影《倾国之恋》中饰演伊丽莎白王后。并重返YoungVic剧院，作为主演出演舞台剧《AftermissJulie》。
2013年，娜塔莉出演了多部好莱坞大片，包括迈克尔·法斯宾德、布拉德·皮特等主演的《黑金杀机》、克里斯·海姆斯沃斯主演的《极速风流》等。并加盟《饥饿游戏》系列电影第三部《饥饿游戏：自由幻梦》，饰演秃头、有着多处纹身的克雷西达这一角色。
2015年，娜塔莉·多默主演的英剧新剧《风流艳妇》将于8月17日在英国当地播出。
2016年，娜塔莉·多默主演恐怖电影《自杀森林》，于美国1月08日上映。
2019年，出演美剧《低俗怪谈》，饰演一个类似于“魔形女”一样具有超能力的角色。
家庭
家庭成员包括继父、母亲、妹妹Samantha、弟弟Mark。
感情
她在Allenova舞蹈学校学习舞蹈。她还是一位桥牌爱好者，并参与了2008年partypoker网站举办的世界女子公开赛，在名流中仅次于艾玛·肯尼迪。她称凯特·布兰切特对她产生了重大的影响。在超自然信仰问题上，她说：“我有一个开放的心态，我是个无神论者，我不介意被鬼拜访。”
双子星奖[16]
蒙特卡洛TV电影节[16]
美国演员工会奖[16]
娜塔莉似乎一直是这样被命运推着走，任何来到她身边的事她都会认真做到最好，其余的便不再计较。这样的性格让她在早期一直接演一些逆来顺受的角色，最值得一提的便是在《都铎王朝》中扮演的亨利八世王后安妮·博林，虽然这位王后骄傲美丽，最后还是逃不掉红颜薄命的下场。《洛杉矶周刊》还评论到-“娜塔莉展现了一个细腻和复杂的安妮·博林。”与她的性格相关，娜塔莉在出席活动时的穿着也通常走四平八稳的路线，颜色逃不出黑白和红绿，也不太出现颜色搭配，到哪里都是连衣裙打天下，最多再搭配上一件浅色西装外套，鲜有惊艳红毯之作。