Настоящая фамилия Натали — Херцшлаг [в переводе с иврита — "сердечный удар"]. Сценический псевдоним [Портман] — девичья фамилия бабушки актрисы. Предки актрисы по материнской линии — евреи из России и Австрии, а по отцовской линии — из Румынии и Польши.

Когда после съемок ""V" значит Вендетта" бритоголовая Натали улетела в Нью-Йорк, то была остановлена полицией за подозрительный вид и арестована… за отсутствии регистрации. Летом в 2005 году она инкогнито путешествовала по Гватемале, спала в палатке, общалась с местными жителями. Натали признается, что бросила одного из своих бойфрендов, потому что он обвинял ее в том, что она много думает.

Натали свободно говорит на 5 языках: иврите, английском, немецком, французском и японском. Портман с отличием окончила школу и поступила в Гарвард на психологический факультет. Натали Портман с детства является вегетарианкой и защищает права животных и окружающую среду, также она была членом труппы "World Patrol Kids".