Натали Вуд родилась 20 июля 1938 года в городе Сан-Франциско, штат Калифорния, США. Ее отец работал театральным художником, а мать была балериной. Натали начала рано сниматься в кино: она дебютировала в 1943 году, когда ей было всего 5 лет, в фильме «Счастливая земля». К восемнадцати годам на счету юной актрисы было уже около двадцати пяти фильмов.
Большую известность ей принёс фильм «Бунтовщик без причин», который вышел на экраны в 1955 году и сразу же завоевал сердца кинозретелей, особенно молодёжи. В 1957 году Натали Вуд вышла замуж за Роберта Вагнера, который также был актёром. После замужества Натали продолжает свою карьеру.
В 1950-х годах она играет сразу несколько удачных ролей, которые приносят ей заслуженную славу талантливой актрисы: «Отправившиеся на поиски», «Марджори Марнингстар». Всемирную известность актрисе принесла главная роль в мюзикле «Вестсайдская история.
Натали Вуд становится одной из самых ярких звезд Голливуда 1950-1960-х годов. В 1961 году актриса развелась с мужем. Она снимается ещё в нескольких заметных картинах - «Предназначено на слом», «Внутренний мир Дейзи Кловер» - но постепенно её карьера идёт на спад.
В 1970-е годы Натали Вуд снимается очень мало, занимаясь в основном личной жизнью. Она побывала замужем за театральным агентом Ричардом Грегсоном, в браке с которым у неё родилась дочь Наташа. Однако, супруги вскоре расстались. Впоследствии она вернулась к своему первому мужу и родила ему дочь Кортни.
Время от времени она снималась в кино - «Метеор», «Крекерная фабрика», «Мозговой штурм».
В 1981 году Натали Вуд и её муж Роберт Вагнер отправились на морскую прогулку на яхте «Блеск». 29 ноября 1981 года её труп нашли в море рыбаки. Обстоятельства её смерти до сих пор остаются загадкой.