娜塔利·伍德1938年7月20日出生于加州的舊金山，原名Natalia Nikolaevna Zakharenko。父母是俄羅斯人，取得美國國籍后改姓Gurdin，盡管當時他們還幾乎不會說英語。娜塔利四歲的時候第一次出現在電影 中：《Happy Land》 (1943)。當時的制作公司來到了娜塔利一家的居住地，她有幸在其中扮演了一個掉 了冰淇淋球而大哭的小女孩兒。之后Gurdin夫人帶著希望搬家到了南洛杉磯，以便更好的打開女兒的演藝 生涯。剛開始的時候事情發展并不盡如人意，一家人的窘境仍然在持續，直到1946年娜塔利·伍德參加了 電影《Tomorrow Is Forever》(1946)的試鏡，她當時只有七歲，結果失敗了，但是她的媽媽設法讓制作 部門再次考核了小娜塔利——這一次她成功的得到了角色。在1947年的《夢幻街奇緣》中，她扮演的 Susan Walker——一個質疑圣誕老人真實性的小女孩為她贏來了無數投資者的青睞。
作為一個成功的兒童演員，在40年代末50年代初，娜塔利出現在了至少18部電影中，繁忙的工作保證了自 己的出鏡率，不過這些電影并不都是那么成功，其中的兩部甚至在當時聲名狼藉——它們分別是1948年的 《cudda Hoo! Scudda Hay!》這部應該被遺忘在角落里永遠不被制作出來的影片以及1954年的《圣杯》， 這個電影是如此的糟糕，以至于后來當這部電影出現在電視上的時候，在這部電影中初次以配角亮相的保 羅·紐曼，專門刊發了一個廣告來道歉。17歲的時候，娜塔利·伍德與詹姆斯·迪恩，薩爾·米涅奧，以及丹尼斯·霍珀出現在著名的《無因的反叛》（1955）中。她扮演的Judy，一個反叛的高中生，為她帶來了第一個學院獎以及自己事業道路上 的里程碑——她成為了一個成年演員。她還出演了《天涯何處無芳草》（1961），《西區故事》（1961） ，《玫瑰舞后》（1962）和《陌生人之戀》（19630）。
當時有報道說娜塔利并不十分樂意參與《西區故事》的拍攝，然而這個電影一舉贏得了奧斯卡的最佳電影 ，最佳導演，最佳男配角以及最佳女配角四個大獎，一時風光無限。雖然她沒有憑該片獲獎，但她仍然憑 借《天涯何處無芳草》以及《陌生人之戀》得到了提名，不幸的是兩者最終都沒有獲獎。在結束《蓬門碧玉紅顏淚》（1966）的拍攝后，她淡出了好萊塢來享受生活以及思考自己日后的道路。三年后以《兩對鴛鴦一張床》（1969）再次復出，她的光輝依然耀眼。此后她較少接片，將生活重心轉向家庭。她還參與了一些電視的拍攝，其中最成功的是連續劇《From Here to Eternity》（1979）。
在拍攝完《The Last Married Couple in America》（1980）之后，娜塔利和克里斯托弗·沃肯一起參與了《頭腦風暴》（1983）的拍攝。然而她沒有等到該片上映。1981年9月29日，她在航行中落水身亡，終年43歲。她一生拍攝了56部影視劇，而她的去世留給了影壇巨大的遺憾。
