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  1981年,波曼出生於耶路撒冷,本名娜塔-李·赫許勒()。她的父親阿夫納·赫許勒是以色列醫師,有猶太血統,主修生育與生殖內分泌科。她的母親雪莉·史蒂文斯則是美國籍家庭主婦,有猶太血統,現擔任波曼的經紀人。波曼的母方是來自奧地利與俄國的猶太人,父方則是自波蘭與羅馬尼亞移居到以色列的猶太人。她父系曾祖父母死於奧斯威辛集中營,其中她的曾祖母出生於羅馬尼亞,曾在二次大戰期間為英國擔任間諜。  波曼的雙親在俄亥俄州立大學的猶太學生活動中心相遇,她的母親在那裡賣車票。她的父親後來返回以色列,但二人仍維持書信往來,並於數年後她母親作客以色列時結婚。1984年,當時三歲的波曼和家人一起搬到美國,她的父親在當地接受醫療訓練。他們一家人住在華盛頓哥倫比亞特區,波曼則就讀於查爾斯·史密斯猶太日校,但隨後於1988年遷居至康涅狄格州,並在1990年後長年定居紐約長島。波曼曾表示,儘管她「很愛這片土地,但我的心屬於耶路撒冷。那裡才是我的家。」她是家中的獨生女,與父母十分親近。她的父母很少缺席波曼任何一部電影的首映會。

  雖然波曼表示她的家庭並沒有篤信猶太教,但她讀的是公立小學——紐約峽谷海灣的所羅門·謝克特學校。她高中則就讀於公立的長島高中。波曼曾為了準備高中期末考而缺席《星際大戰首部曲:威脅潛伏》的首映會。  2003年6月,波曼自哈佛大學畢業,取得心理學學士頭銜。住宿在洛威爾學院,並曾投稿至《緋紅報》("",哈佛學生報),迴應一篇反以色列的文章。  2004年春季,波曼到了耶路撒冷希伯來大學進行研究生課程。2006年3月,她獲哥倫比亞大學邀請以恐怖主義與反恐怖主義為主題演講,探討她所主演的電影《V怪客》。  波曼除了會說希伯來語與英語二種語言,她也學了法語、日語、德語及阿拉伯語。  作為學生,波曼與他人合著了二篇學術論文,皆發表於專業科學期刊上。她於1998年所寫的高中論文「探討以糖製備氫氣的簡易酵素法」曾獲英特爾科學人才探索獎。2002年,波曼在哈佛深造心理學期間,投身研究一種名為「物體恆存時額葉的活化」的記憶。

  2012年8月4日在加利福尼亞的大蘇爾與Benjamin Millepied舉行私人婚禮,他們的第一個孩子在2011年6月14日出生。

  

  波曼自四歲起開始學舞,並在當地舞團裡表演。十歲時,波曼受一位露華濃公司經紀人之邀擔任兒童模特兒,但她婉拒了,決定全心投入表演。在一次雜誌訪談中,波曼表示她「......和其他小孩很不一樣。我比較有野心,我知道我喜歡什麼、想要什麼,所以我很努力。我是個很穩重、認真的孩子。」  波曼將學校假期的空閒時間用於參加戲劇營。她十歲時參加了戲劇《殘忍!》(暫譯,"Ruthless!",描述一個女孩為奪取校內戲劇主角的角色,而籌備了一場謀殺案)的面試,並被選為勞拉·貝爾·邦迪的替角。  1994年,她參加試鏡爭取盧·貝鬆的電影《終極追殺令》中,與一名中年職業殺手成為朋友的小孩一角,併成功獲選。為保護隱私,波曼隨後以她祖母的孃家姓氏「波曼」當作藝名;但在該片DVD所收錄的導演剪輯版中,她署名為娜塔莉·赫許勒。《終極追殺令》於1994年11月18日上映時,波曼年僅十三歲。同年她演出了短片《Developing》,該短片於電視播出。

  1990年代中期,波曼接連演出了《烈火悍將》、《大家都說我愛你》及《星戰毀滅者》等片,也在電影《美麗佳人》中擔任主角。她原是戲劇《羅密歐與茱麗葉》中茱麗葉一角的演員首選,但後來製作人認為她的年紀與劇中不合。1997年,波曼演出了百老匯改編的《安妮日記》,飾演安妮·法蘭克。她起初因電影《管到太平洋》中有全裸戲而推辭了的邀約,但在導演王穎與演員蘇珊·莎蘭登要求修改劇情後,加入了該片的演出陣容。該片於1999年末上映,波曼以片中安·奧格斯特一角獲得金球獎最佳女配角提名。雜誌《沙龍》的評論家瑪莉·伊麗莎白稱波曼令人「大為驚奇」,並形容她「不像任何一位同齡女演員,她既不會太脆弱、也不過於剛毅。」1990年代晚期,波曼主演了《星際大戰前傳三部曲》中帕德梅·艾米達拉一角。《星際大戰首部曲:威脅潛伏》於1999年初上映。波曼隨後與《女孩第一名》劇組簽約,在片中領銜演出堅毅的年輕媽媽。

  在完成拍攝《女孩第一名》後,波曼搬進了哈佛大學宿舍,專心攻讀心理學學士。在1999年的一次訪問中,她表示除了《星際大戰》系列外,接下來的四年她要全神貫注於學業、不會接拍任何電影。在2000年6月至9月的暑假期間,波曼在雪梨拍攝《星際大戰二部曲:克隆人全面進攻》,並於倫敦進行周邊製作。2001年7月,波曼加入了麥克·尼克斯導演、紐約公共劇院製作的契訶夫的戲劇《海鷗》,在其中飾演妮娜一角,與梅莉·史翠普、凱文·克萊恩、菲利普·西摩·霍夫曼等人同臺對戲。該戲劇於中央公園的戴拉寇特劇院開幕演出。同年,波曼與眾多明星一同於電影《名模大間諜》中客串演出。波曼也在電影《冷山》中與裘德·洛及妮可·基嫚同臺,扮演小角色

  波特曼還是一位環保提倡者,於2008年為Te Casan設計了純素材質環保鞋系列,她設計的品牌系列“The Natalie Portman Collection”,於同年2月在紐約開賣,並且這個系列收入的5%的將會捐給慈善團體做公益事業用。由於波特曼一名嚴格的素食主義者,特別關愛動物,所以她從不穿有動物皮毛的衣服,但是她發現很難買到沒有動物皮的鞋子,所以她通過她的造型師Kate Young與Te Casan的主席Yaniv Shirazi的溝通達成了合作協議,波特曼為Te Casan設計的這個系列鞋子,不使用動物皮革而選用人造皮革等,並且鞋子的命名都將以P開頭。  此外,波特曼還擔任天橋驕子第五季第二場比賽——環保服裝設計的特邀評委。
娜塔-李·赫許勒(,英語:Neta-Lee Hershlag;1981年-6月9日),藝名娜塔莉·波特曼(英語:Natalie Portman,),是一名童星出身的以色列裔美國女演員,第83屆奧斯卡最佳女主角獎得主,哈佛大學校友。