Actriz cinematográfica y teatral estadounidense, cuyo verdadero nombre era Natasha Kuleff Gurdin. De gran belleza y fácil expresividad, protagonizó algunas de las películas "clásicas" de la industria de Hollywood, como Rebelde sin causa junto al mítico James Dean, y Amor sin barreras ( West Side Story ), uno de los musicales más trascendentes de los años sesenta, con la que el director Robert Wise ganó el Oscar de la Academia de Artes y Ciencias cinematográficas. En tres ocasiones ella personalmente fue también propuesta para dicho premio.
Hija de un inmigrante ruso que trabajaba como decorador en California, Natalie nació en San Francisco. Cuando tenía cinco años hizo su primera presentación ante las cámaras, en la película Happy Land . Cuatro años después, bajo la dirección de Joseph Mankiewicz y acompañando a artistas tan célebres como Rex Harrison y Gene Tierney, participó en la película El fantasma y la señora Muir . Estos comienzos fueron exitosos, y en 1949 fue designada la "actriz infantil del año". En las décadas siguientes tomó parte en el rodaje de La novia secreta junto a Barbara Stanwick, De ilusión también se vive , con Maureen O'Hara, Pollo todos los domingos , con Celeste Holm, La promesa verde con Walter Brennan, Nunca un momento aburrido con Fred MacMurray, Solo para ti con Bing Crosby, y Lágrimas amargas con Bette Davis,
Su lanzamiento como estrella cinematográfica de primera magnitud tuvo lugar en 1955, en la inolvidable cinta Rebelde sin causa, actuando bajo la dirección de Nicholas Ray. La década de los sesenta significó la consolidación de su carrera: películas como Esplendor en la hierba (bajo la dirección de Elia Kazan), Amores con un extraño y La pícara soltera contribuyeron a consagrar su renombre artístico. Participó también en Desliz de una noche con Steve McQueen, Una mujer sin horizonte junto a Red Redford, Penélope, Meteoro con Sean Connery, y La última pareja de casados con George Segal. Para la televisión trabajó en De aquí a la eternidad y Una gata sobre el tejado caliente.
Casada en 1957 con Robert Wagner, se divorció cinco años después. En 1968 contrajo segundas nupcias con el productor inglés Richard Gregson y tuvo una hija. Nuevamente se divorció para volver a casarse con su primer esposo, y tuvo otra hija. Cuando efectuaba un paseo en yate, falleció en las cercanías de la isla Santa Catalina, frente a la playa de Malibú. Se conjeturó entonces si había sido suicidio, accidente o asesinato; ... nunca se ha podido esclarecer el misterio.