• Настоящая фамилия Натали — Херцшлаг (в переводе — «сердечный удар»). Сценический псевдоним (Портман) — девичья фамилия бабушки актрисы по материнской линии.
• Родители Натали — русские евреи, они долгое время жили в Кишиневе.
• У Натали Портман есть сын Алеф (14.06.11) от гражданского брака с Бенжаменом Мильпье. «Алеф» — первая буква в иврите, по аналогии с «Альфа» в греческом.
• 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 отправилась в Нью-Йорк, то была остановлена полицией за подозрительный вид и уличена… в отсутствии регистрации.
• Летом 2005 года она инкогнито путешествовала по Гватемале, спала в палатке и общалась с местными жителями.
• Натали признается, что бросила одного из своих бойфрендов, так как он обвинял ее в том, что она слишком много думает. Был ли это комедийный актер Лукас Хаас или мексиканец Гаэль Гарсия Берналь, актриса не уточняет.
• Натали свободно говорит на пяти языках: иврите, английском, французском, японском и немецком. Последний она, на удивление всей съемочной группе, за считанные дни выучила во время работы над картиной ««V» значит Вендетта» в Берлине, где проходила часть съемок.
• Портман с отличием окончила школу и поступила в Гарвард на факультет психологии.
• Натали Портман исполнила одну из главных ролей в видеоклипе Пола МакКартни на песню «Dancing Tonight», режиссером которого выступил Мишель Гондри.
• Портман с детства является вегетарианкой и защищает права животных и окружающую среду, была членом труппы «World Patrol Kids».

Личная жизнь и убеждения

Портман в 8 лет стала вегетарианкой, отказавшись от мяса всех видов — после того, как увидела демонстрацию хирургического лазера на цыплёнке во время медицинской конференции с её отцом. В 2009 году, после прочтения книги Джонатана Сафрана Фоера «Мясо. Eating Animals», отказалась от всех остальных продуктов животного происхождения и стала строгим веганом. Однако во время беременности в 2011 году она вернулась от веганизма к вегетарианству, став снова употреблять яйца и молочные продукты.

Натали защищает права животных и окружающую среду, была членом труппы World Patrol Kids. Она не носит мех, перья и кожу. «Вся моя обувь из Target или от Стеллы Маккартни», — сказала она. В 2007 году Натали запустила собственную линию обуви из искусственных материалов, а также съездила в Руанду вместе с Джеком Ханной, чтобы снять документальный фильм под названием «Гориллы на грани» (Gorillas on the Brink). Ещё в детстве Портман была участницей экологической вокальной и танцевальной группы «Мировой детский патруль». Также она является членом движения «Один голос». Было объявлено, что в 2009 году актриса примет участие в рекламной кампании организации PETA (Люди за этичное обращение с животными, англ. People for the Ethical Treatment of Animals), направленной против использования натурального меха. Во время беременности в 2011 году Портман, в интересах своего ребёнка, отказалась от строгого вегетарианства и вернулась к некоторым продуктам животного происхождения.

В 2004 и 2005 годах Натали посещала Уганду, Гватемалу и Эквадор в качестве посла организации FINCA International, которая помогает жительницам бедных стран получить микрокредиты, чтобы начать собственный бизнес. В закулисном интервью на концерте Live 8 в Филадельфии и на передаче Foreign Exchange with Fareed Zakaria канала PBS актриса также говорила о микрофинансировании. Ведущий передачи Фарид Захария сказал, что «всегда опасался включать в свою передачу знаменитостей с их модными причинами», но согласился включить эпизод с Портман, так как «она действительно была в теме». 29 апреля 2007 года в утренней воскресной передаче канала ABC This Week with George Stephanopoulos Портман обсудила свою работу с FINCA, а также то, какую пользу это может принести женщинам и детям стран третьего мира. Осенью того же года Натали посетила несколько университетов, включая Гарвард, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе и в Беркли, Стэнфорд, Принстон, Нью-Йоркский и Колумбийский университеты, чтобы рассказать студентам о силе микрофинансирования и убедить их вступать в FINCA. В 2010 году, благодаря своей активной пропагандистской работе среди молодёжи, Натали была номинирована на премию Do Something телеканала VH1, которой награждают людей, делающих что-то хорошее.

Актриса принимала участие и в предвыборных президентских кампаниях разных лет, являясь сторонницей Демократической партии. Она выступала с критикой политики Джорджа Буша-младшего и шутила, что те, кто поддерживают Буша — «президента, который провёл в отпуске больше дней, чем кто-либо из его предшественников», — должны дать ему «длительный отпуск». В 2004 году она поддерживала кандидата от Демократической партии Джона Керри, а на предварительных выборах 2008 года — сенатора Хиллари Клинтон. Когда же кандидатом в президенты от Демократической партии был избран Барак Обама, Натали также поддержала его кампанию. Однако в интервью 2008 года она сказала: «В какой-то степени мне даже импонирует Джон Маккейн. Я не согласна с его отношением к войне, что само по себе немаловажно, но я думаю, что он очень нравственный человек». В 2012 году вновь поддержала Обаму.

У Портман были романтические отношения с актёрами Гаэлем Гарсиа Берналем и Джейком Джилленхолом. В майском номере журнала Vogue за 2002 год Натали назвала актёра и музыканта Лукаса Хааса и музыканта Моби своими близкими друзьями. Хотя сообщалось, что актриса встречается с солистом группы Maroon 5 Адамом Левином, последний утверждает, что они всего лишь друзья. Предполагается, что Натали встречалась и с членом известной семьи мультимиллиардеров Нэтом Ротшильдом. Снявшись в клипе на песню «Carmensita», Портман стала встречаться с венесуэльским фолк-певцом Девендрой Банхартом. Их отношения закончились в сентябре 2008 года.

Во время съёмок фильма «Чёрный лебедь» Натали начала встречаться с танцором Нью-Йоркского театра балета Бенжаменом Мильпье, французским евреем по происхождению. 27 декабря 2010 года представители актрисы сообщили прессе, что Натали и Бенжамен обручились и ждут ребёнка. 14 июня 2011 года Натали родила сына, Алефа Портмана-Мильпье. 4 августа 2012 года Портман и Мильпье поженились.