Натали Дормер родилась 11 февраля 1982 года в городе Рединг, Великобритания. В Рединге прошло все детство и юность Натали, её отчим строитель, мать домохозяйка. В семье есть еще двое детей — Марк и Саманта. Натали не говорит о своем биологическом отце, так что информация о нем отсутствует. Будущая актриса посещала не только общеобразовательные заведения но и школу танцев.
Актерское мастерство Натали постигала в Академии драматического искусства под руководством Уэббэра Дугласа, откуда вышло не мало известных британских актеров.
В 2005 году Натали дебютировала в большом кино, она сыграла Викторию в фильме «Казанова», а её партнерами по съемочной площадке были Хит Леджер и Джереми Айронс. Режиссера впечатлила игра юной актрисы, поэтому он специально расширил её роль в данном фильме. После премьеры фильма актриса подписала отличный контракт с Disney Touchstone на съемки в трех проектах компании, однако в скором времени стало известно что они не будут осуществлены.
Большую популярность Дормер принесла роль Анны Болейн в нашумевшем сериале «Тюдоры». В течении двух первых сезонов она была одним из центральных персонажей проекта, а в последней серии сериала появлялась в роли призрака казненной королевы. За
эту работу актриса была дважды номинирована в 2008 и 2009 годах на престижную премию Gemini Awards.
С 2008 по 2010 год карьера актрисы успешно развивалась, были роли в кино и на телевидении, а так же состоялся дебют в лондонском театре Янг-Вик, где Натали сыграла в трагикомедии.
В июне 2011 года актриса присоединилась к составу телесериала «Игра престолов», где ей предстояло сыграть роль Маргери Тирелл, дочери одного из влиятельнейших лордов королевства.
