ناتالی تک فرزند پدری پزشک اهل اسرائیل و مادری بازیگر از سین سیناتی اوهایو است. در هفت سالگی به اتفاق خانواده اش به واشنگتن دی سی نقل مکان کرد. بعد از چند جا به جایی و نقل مکان دیگر خانواده ی او سرانجام ساکن نیویورک جایی که او هم اکنون هم در آن زندگی می کند، شدند. او در 29 ژوئن 1999 از دبیرستان سایوست نیویورک فارغ التحصیل شد. به گفته خودش ریاضی درس مورد علاقه اش بوده چرا که همواره جوابی برای دیگران دارد.
زمانی که 11 سال داشت در یک پیتزا فروشی استعدادش را کشف کردند و به او پیشنهاد مدل شدن داده شد اما او تصمیم گرفت تا فقط کارِ بازیگری را دنبال کند. او اجراهای زنده ی زیادی داشت اما اولین بازی درخشانش در «لئون» (لوک بسون-1994) بود.

او دانش‌آموخته هاروارد در رشتهٔ روانشناسی و کارشناسی ارشد همان رشته از دانشگاه عبری اورشلیم است، و مقالاتی نیز در نشریات تخصصی روانشناسی و عصب شناسی به چاپ رسانده است. ناتالی به زبان های انگلیسی و عبری (زبان پدری اش) مسلط است و همچنین می تواند به فرانسوی، آلمانی، ژاپنی و اسپانیایی نیز صحبت کند. سال 2002 مجلات کوئین، هارپرز و دیوید لترمن به او لقب "آدری هپورن جدید" دادند.