Natalie Wood urodziła się 20 lipca 1938 roku w San Francisco (Kalifornia, USA). Jej rodzice, Nicholas i Maria, byli rosyjskimi imigrantami. Natalie miała dwie siostry, młodszą Lanę oraz starszą Olgę. Kiedy skończyła 4 lata pojechała z matką na plan filmowy, gdzie poznała znanego reżysera Irvinga Pichela, który zatrudnił ją przy obrazach "Happy Land" i "The Moon Is Down". Dwa lata później wyjechała do Hollywood. Natalie naprawdę nazywała się Natalia Zacharienko, jednak William Goetz wymyślił dla niej pseudonim artystyczny "Natalie Wood". Wtedy wystąpiła w produkcji "Na zawsze" u boku Orsona Wellesa. Dziewczynka spełniała marzenia swojej despotycznej matki. Maria była przekonana, że jej córka będzie sławna. W wieku 9 lat pokazała swój talent w "Cudzie na 34 ulicy". W domu Natalie miała bardzo trudną sytuację. Jej ojciec i matka nie pracowali, tylko ona zarabiała na życie. Jej sukces pozwalał przetrwać rodzinie, ale przez swoją obecność w świecie Hollywood dziewczynka nie miała normalnego dzieciństwa. Co ciekawe jeszcze przed narodzinami Natalie cyganka wywróżyła Marii, że jej córka zginie w wodzie. Kiedy podczas kręcenia jednego z filmów Natalie nie chciała wejść do wody, zmusiła ją do tego matka. Wood złamała wtedy rękę. Pozostał po tym trwały ślad (wytrącony nadgarstek).

W 1955 Natalie znalazła się na liście najpiękniejszych aktorek Hollywood, w magazynie "Life". W tym samym roku w filmie Nicholasa Raya, "Buntownik bez powodu", zagrała dziewczynę Jamesa Deana, za co otrzymała pierwszą nominację do Oscara. W 1956 spotykała się z Raymondem Burrem oraz królem muzyki, Elvisem Presleyem. Amerykańskie brukowce pisały nawet o tym, że zamierzają się pobrać. W 1957 roku wyszła za mąż za aktora Roberta Wagnera, którego wybrała jej matka. Małżeństwo rozpadło się 5 lat później. Natalie zagrała w między czasie w takich filmach jak: "The Girl He Left Behind", "Cash McCall", "Płonące wzgórza" czy "Wiosenna bujność traw", który stał się klasyką filmów o miłości. W 1961 roku wystąpiła w musicalu "West Side Story", który nawiązywał do miłości rodem z "Romea i Julii", za co otrzymała kolejną nominację do Oscara. Ostatni raz do Nagrody Akademii była nominowana za udział w "Romansie z nieznajomym" Roberta Mulligana u boku Steve'a McQueena. Później wystąpiła w "Ciemnej stronie sławy", "Wielkim wyścigu" czy "Bob i Carol i Ted i Alice" (za udział w nim otrzymała 2 miliony dolarów). 30 maja 1969 poślubiła Richarda Gregsona, któremu urodziła córkę Natashę (aktorka znana m.in. z "Zagubionej autostrady" czy "Przeboje i podboje"). Zrobiła sobie również przerwę w pracy, by całkowicie poświęcić się rodzinie Jednak Richard zdradzał żonę. Natalie wyrzuciła go z domu, a 1 sierpnia 1971 roku rozwiedli się. Wkrótce wróciła do pierwszego męża Roberta Wagnera, którego ponownie poślubiła i urodziła mu córkę Courtney. 

W 1979 roku wróciła do pracy po 3 latach rolą w "Meteorycie" u boku Seana Connery'ego. Niestety 29 listopada 1981 roku Natalie utonęła w pobliżu wyspy Catalina (Kalifornia, USA). W 1983 na ekrany kin wszedł ostatni film z jej udziałem - "Burza mózgów", w którym partnerował jej Christopher Walken. Co ciekawe aktor był podejrzewany o romans z Wood i był jedną z osób obecnych na jachcie, z którego wypadła do wody.